Dosisspezi scher Vergleich von physikalisch

Transcription

Dosisspezischer Vergleich von
physikalisch-technischen
Bestrahlungsplänen mit verschiedenen
Dosisberechnungsalgorithmen
Bachelorarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades Bachelor of Science (B.Sc.) in
dem Studiengang Medizinische Physik an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
vorgelegt von Laura Vogt
eingereicht im Oktober 2011
Erstkorrektor: Dr. Ioannis Simiantonakis
Zweitkorrektor: Prof. Dr. Thomas Heinzel
Inhaltsverzeichnis
1
2
Einleitung
Theorie
2.1
2.1.2
2.2
2.3
3
Physikalische Grundlagen
2.1.1
3
1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Dosisberechnungsalgorithmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
2.1.1.1
Pencil Beam
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
2.1.1.2
Collapsed Cone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
Ionisierende Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Medizinische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
2.2.1
Die Lunge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
2.2.2
Das Bronchialkarzinom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Technische & biologische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
2.3.1
Bestrahlungsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
2.3.2
Dosisfraktionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2.3.3
Dosis-Volumen-Histogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
2.3.4
Restriktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
Material und Methoden
15
3.1
Bestrahlungstechniken im Phantom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
3.1.1
Stehfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
3.1.2
Opponierende Gegenfelder
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.1.3
3-Feldbestrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.1.4
4-Felder-Box
3.2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
Bestrahlungspläne an Beispielpatienten . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
3.2.1
Patient 1: mediastinaler Tumor . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
3.2.2
Patient 2: Tumor am linken Oberlappen . . . . . . . . . . . . . .
20
3.2.3
Patient 3: Tumor am rechten Unterlappen . . . . . . . . . . . . .
20
3.2.4
Patient 4: Tumorlokalisation mediastinal und am rechten Oberlappen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.5
Patient 5: Separierte Tumorlokalisation mediastinal und am rechten Unterlappen
3.2.6
3.2.7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
Patient 6: Ausgedehnte Tumormanifestation in der rechten Lunge
23
Patient 7: Neoadjuvante Bestrahlung eines rechts mediastinalen
Tumors
3.2.8
21
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
Patient 8: Bestrahlung einer mediastinalen Tumormanifestation
mit anschlieÿender Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
i
Inhaltsverzeichnis
3.2.9
4
5
Patient 9: Palliativbestrahlung des linken Oberlappens . . . . . .
Ergebnisse
26
27
4.1
Patient 1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
4.2
Patient 2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
4.3
Patient 3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
4.4
Patient 4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
4.5
Patient 5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
4.6
Patient 6
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
4.7
Patient 7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
4.8
Patient 8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
4.9
Patient 9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
Diskussion
37
5.1
39
Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Anhang
41
Literaturverzeichnis
55
ii
1 Einleitung
Die Anzahl der Todesfälle ausgelöst durch Krebs nimmt stetig zu, somit ist Krebs derzeit die zweithäugste Todesursache für Männer und Frauen in Deutschland. Im Jahr
2009 starben in Deutschland 42 221 Personen an Lungen- und Bronchialkrebs (29 133
Männer und 13 088 Frauen). Damit war der Lungen- und Bronchialkrebs mit einem
Anteil von 19,5% an allen Krebstoten die häugste Krebserkrankung mit Todesfolge
[Sta11].
Noch Anfang diesen Jahres wurden im Universitätsklinikum Düsseldorf Bestrahlungspläne für Bronchialkarzinome mittels Pencil Beam Algorithmus berechnet. Der Collapsed Cone Algorithmus existiert zwar schon länger, wird aber erst seit kurzem angewandt, da seit Beginn diesen Jahres schnellere und leistungsfähigere Rechner verfügbar
sind. Zudem musste vor dem klinischen Einsatz noch eine Evaluation der Basisdaten
des Collapsed Cone Algorithmus erfolgen.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Validierung der Eigenschaften des Collapsed Cone Algorithmus, sowie die Überprüfung der Verwendbarkeit der bislang genutzten Bestrahlungsverfahren. Dafür werden für verschieden Lokalisationen eines Bronchialkarzinoms
sowohl Pläne mit Pencil Beam als auch Collapsed Cone Algorithmus erstellt und verglichen.
1
2 Theorie
2.1 Physikalische Grundlagen
2.1.1 Dosisberechnungsalgorithmen
Im Folgenden werden die beiden für diese Bachelorarbeit wichtigen Dosisberechnungsalgorithmen erläutert.
Die Dosisberechnung erfolgt durch Algorithmen, welche sich auf die Eigenschaften des
Strahls und der Anatomie des Patienten beziehen. Ferner basiert diese Berechnung auf
Kernels
1 der Energiedeposition. Für diese Arbeit wichtig sind Point Kernel und Pencil
Kernel.
Abbildung 2.1.1: Spezische Typen von Energiedepositionskernels mit Isodosen [Kar10]
Point Kernels werden mittels Monte Carlo Simulation generiert. Durch Integration über
eine oder mehrere Raumkoordinaten erhält man weitere Typen von Kernels.
• Point Kernel (auch Point Spread Function) beschreibt die Energiedeposition in
einem unendlichen Medium rund um einen Punkt der primären Wechselwirkung
eines Photons.
• Pencil Kernel beschreibt die Energiedeposition in einem halbunendlichen2 Medium von einem monodirektionalen Strahl aus einem Punkt [Onc03].
1
Ein Kernel beschreibt Richtung und Wert des Fluenztransportes. Er kann als vektorähnlich angesehen werden.
2
Unendliches Medium mit denierter endlicher Oberäche, Vgl. Abb. 2.1.1
3
2 Theorie
Oncentra MasterPlan, das im UKD zur CT-gestützten 3D-Bestrahlungsplanung genutzte Programm, unterstützt nun zwei Hauptalgorithmen für die Dosisberechnung
von Photonen, die im Folgendem erklärt werden:
2.1.1.1 Pencil Beam
Der Pencil Beam Algorithmus beruht auf dem Pencil Kernel. Die Primärdosis wird dabei als übertragene Energie pro Masseneinheit deniert, welche durch geladene Teilchen
vermittelt wird. Diese geladenen Teilchen entstehen durch Wechselwirkungsprozesse der
Photonen mit dem Medium. Dabei handelt es sich um Primärphotonen. Sollte es bereits
vor dem Patienten zu Streuung kommen, so wird dies im Pencil Beam Algorithmus, der
3 zugeschrieben. Die Sekundärdosis (auch Scattered Dose) ist deniert als
Head Scatter
die übertragene Energie pro Masseneinheit durch geladene Teilchen, welche durch Photonen entstehen, die mehr als einmal mit dem Medium wechselgewirkt haben, oder auch
durch gestreute Photonen, die beispielsweise durch Bremsstrahlung entstehen [Onc03].
Fasst man nun beide Dosisanteile zusammen, so kann man für jede Tiefe
z
den Kernel
als Summe zweier Exponentialfunktionen über dem Quadrat des Radius von der Pencil
Beam Achse
r
beschreiben [Gan06]:
h(r, z) =
Az e−az r
Bz e−bz r
+
.
r2
r2
(2.1.1)
Dabei beschreibt der erste Term näherungsweise die Primärdosis, der zweite die Sekundärdosis.
h(r, z) ist die absorbierte Energie, Az , az , Bz
und
bz
sind tiefenabhängige
Parameter, welche bestimmt sind durch das kleinste Quadrat der Dichtematrix, für das
gilt
az > bz .
Die Parameter sind gespeichert in der Oncentra MasterPlan Physics Da-
tabase [Onc03]. Um die Gesamtdosis in einem bestimmten Punkt zu ermitteln, werden
alle Kernel der betreenden Tiefe überlagert.
Eine wichtige Information ist, dass der Pencil Beam Algorithmus Wasser als gegenwärtiges Medium festlegt. Das führt dazu, dass die Kernel der Dosisverteilung nur im
Wasser angepasst sind. Etwaige Inhomogenitäten können nicht berücksichtigt werden.
Daher erfolgt eine Inhomogenitätskorrektur. Für die Primärdosis bedeutet dies, dass
eine radiologische Tiefe
zrad
für alle tiefenabhängigen, in Wasser ausgewerteten Para-
meter festgelegt wird, das heiÿt diese Tiefe entspricht der geometrischen Tiefe in Wasser
in der dieselbe Abschwächung auftreten würde:
zrad = zgeom
µ̄
µ̄
µH2 O
(2.1.2)
ist der Abschwächungskoezient des Primärstrahls. Diese Methode liefert sehr prä-
zise Ergebnisse, solang ein Gleichgewicht der lateralen Streuung vorliegt [Onc03]. Das
3
4
Unter Head Scatter versteht man Streuung deren Ursache im Kopf des Linearbeschleunigers zu
nden ist. Beispielsweise Streuung verursacht durch den Flattening Filter, den Blenden, Keilen
oder auch den Multileaf Collimatoren (MLC).
bedeutet, dass der Pencil Beam Algorithmus davon ausgeht, dass die ein- und ausieÿende Fluenz durch laterale Streuung genau gleich groÿ ist und somit keine Dosis
lateral verloren geht.
Die Inhomogenitätskorrektur der Sekundärstreuung wird über einen eindimensionalen
Faltungskorrekturfaktor berechnet, um Heterogenitäten entlang des Strahlengangs auszumachen. Der Korrekturfaktor lautet:
CFs =
mit
µ̂ = 0, 8µ̄
zrad −µ̂(zrad −z)
e
zgeom
(2.1.3)
[Onc03].
Die Inhomogenitätskorrektur erfolgt für beide Fälle nur entlang des Strahlengangs. Laterale Inhomogenitäten bleiben unberücksichtigt, da sie als wasseräquivalent angesehen
werden [Oel06].
Der Pencil Beam Algorithmus hat einerseits den Vorteil, dass er wenig Rechenzeit
benötigt, dafür wird andererseits die laterale Streuung vernachlässigt.
2.1.1.2 Collapsed Cone
Der Collapsed Cone Algorithmus ist ein volumenorientierter Algorithmus, der auch
lateralen Energietransport berücksichtigt. Aufgrund dessen wird er bei deutlichen Inhomogenitäten genauere Ergebnisse liefern als der Pencil Beam Algorithmus. Der Collapsed Cone Algorithmus basiert auf einem Point Kernel. Dieser Kernel besteht aus 106
Feldern, welche in Vorwärtsrichtung dichter angeordnet sind, da in diese Richtung der
Groÿteil des Energieusses vorherrscht (vgl. Abb. 2.1.2).
Abbildung 2.1.2: Richtungen des Point Kernel, links: Ansicht von schräg oben, rechts: von schräg unten
[Gan06].
Für die Berechnung des Collapsed Cone wird zunächst eine 3D Dosismatrix aus der vorhandenen Dichtematrix durch Wählen der Voxelmittelpunkte deniert. Zur Erzeugung
werden alle Voxel, auch die auÿerhalb des Patienten, genutzt. Der nächste Schritt ist
das Durchführen eines Ray Trace
4 auf jeden Mittelpunkt der Voxel, um den Betrag der
freigesetzten Strahlungsenergie in jedem Voxel vom einfallenden Strahl zu bestimmen.
4
Der Strahlengang wird verfolgt und etwaige Schnittpunkte mit anderen Objekten simuliert.
5
2 Theorie
Die Genauigkeit der Berechnung ist abhängig von der Auösung der Dosismatrix und
somit von der Auösung der Dichtematrix des Patienten [Onc03].
Für jede Richtung ist der Kernel über Exponentialfunktionen über
h(r, θ) =
mit
r2
parametrisiert:
Aθ e−aθ r
Bθ e−bθ r
+
2
r
r2
(2.1.4)
h(r, θ) dem absorbierten Energieanteil, r dem Abstand zwischen dem Ort der Dosisθ dem Winkel zwischen Kegelachse und
Richtung des einfallenden Photons und Aθ , aθ , Bθ , bθ winkelabhängige Parameter
deposition und der primären Wechselwirkung,
der
[Gan06].
Analog zum Pencil Beam Algorithmus steht der erste Term näherungsweise für die
Primärdosis, der zweite für die Sekundärdosis. Zu jeder freigesetzten Energie gehört
ein Kernel. Soll die gesamte deponierte Energie eines Voxels bestimmt werden, so wird
sie durch Superposition der Beiträge aller Kernel berechnet.
Zuletzt wird bei der Berechnung des Collapsed Cone die Energieverteilung, welche
durch das Ray Trace ermittelt wurde, auf das Patientenvolumen je nach Spezikation
des Point Kernels verteilt. Die Grundidee beruht auf der Annahme, dass die gesamte emittierte Energie eines Kegels entlang einer Zentralachse transportiert wird (vgl.
Abb. 2.1.3). Die Energie wird also auf einer Achse des Kegels (Cone) zusammengefasst
(collapsed). Daher leitet sich der Name des Algorithmus ab [Onc03].
Abbildung 2.1.3: Collapsed Cone Kernel mit Zentralachse [Kar10].
2.1.2 Ionisierende Strahlung
Ionisierende Strahlung hat die Eigenschaft, Atome, auf die sie trit, zu ionisieren, das
heiÿt Elektronen auszulösen und somit Veränderungen hervorzurufen. Sie kann unterteilt werden in Teilchenstrahlung, beispielsweise
α-, β - oder Neutronenstrahlung, oder
γ -Strahlung [Sim11]. Ionisierende
in hochenergetische elektromagnetische Strahlung,
Strahlung kann durch radioaktive Zerfälle entstehen, aber auch technisch erzeugt werden (z.B. Röntgenröhre).
Ionisierende Strahlung wird zudem in direkt und indirekt ionisierende Strahlung unterteilt. Direkt ionisierende Strahlung kann aufgrund ihrer Ladung mit dem Feld des
6
Hüllenelektrons oder Atomkerns wechselwirken und somit eine Ionisation verursachen.
Dies betrit
α-
und
β -Strahlung.
Indirekt ionisierende Strahlung, Neutronen- und
γ-
Strahlung, ionisiert das Atom in Folge eines 2-Stufen-Prozesses. Dabei wird zunächst
die kinetische Energie an ein Sekundärteilchen übertragen aufgrund von Wechselwirkungseekten der Strahlung mit der umgebenden Materie. Es erfolgt eine Ionisation
initiiert durch das Sekundärteilchen [Sim11].
Folgende Wechselwirkungseekte können auftreten und tragen ursächlich zur Schwächung und Streuung der Strahlung bei:
• Photoeekt: Beim Photoeekt stöÿt ein einfallendes Photon mit einem Elektron
der Atomhülle. Der Eekt bezeichnet die vollständige Absorption eines Photons,
dessen Energie mindestens der spezischen Bindungsenergie des Elektrons entspricht. Dabei überträgt das Photon seine gesamte Energie auf das Elektron,
welches meist aus der K-Schale stammt. Das ausgelöste Elektron kann dann
das Atom mit der kinetischen Energie
Ekin = h · υ − EB
verlassen. Das Loch
der K-Schale wird durch ein Hüllenelektron besetzt, die freigewordene Energie
kann dabei wieder in Form eines Photons abgegeben werden oder aber auf ein
anderes Hüllenelektron übertragen werden, welches mit der restlichen Energie
emittiert wird (Augereekt). Der Photoeekt tritt bei sehr kleinen Energien der
γ -Strahlung
auf [Lin01].
• Comptoneekt: Der Comptoneekt bezeichnet einen Ionisationsprozess, welcher
im Bereich von
100 keV
bis
10 MeV
dominiert. Bei diesem Eekt kommt es zur
inelastischen Streuung eines Photons an einem Elektron. Ein Teil der Energie
wird dabei an das Elektron übertragen und löst es aus dem Atomverband aus. Es
kommt zur Ionisation des Atoms. Die restliche Energie verbleibt beim Photon,
welches an dem Elektron gestreut wurde [Dem05].
• Paarbildung: Unter Paarbildung versteht man einen Eekt, bei dem ein
γ -Quant
im Coulomb-Feld des Atomkerns ein Elektron-Positron-Paar erzeugt. Dafür muss
gelten
Eγ > 2me c2 .
Die Energie des
γ -Quants
entspricht also mindestens zwei-
mal der Ruheenergie eines Elektrons (511 keV). Beträgt die Energie des Photons
1, 022 MeV,
so kommt es zur Bildung eines Teilchen-Antiteilchen-Paares.
Ab Energien über
1, 022 MeV wird den Teilchen die restliche Energie in Form von
10 MeV
genau
kinetischer Energie zugeführt. Der Eekt der Paarbildung dominiert ab
[Dös99].
• Kernphotoeekt: Beim Kernphotoeekt stöÿt ein Photon mit einem Atomkern
und wird vollständig absorbiert, dabei können ein oder mehrere Nukleonen emittiert werden. Die Photonenenergie muss dabei mindestens der Bindungsenergie
des am schwächsten gebundenen Nukleons entsprechen. Sie kann über den Massendefekt bestimmt werden [Dem05]. Eine relevante Bedeutung für medizinische
Anwendungen erhält der Kernphotoeekt ab ca.
10 − 15 MeV
In der Medizin, vor allem in der Strahlentherapie, relevant ist die
[Lin01].
γ -Strahlung,
wel-
che beispielsweise zum Röntgen eingesetzt wird. Der hierbei wichtige Eekt ist der
7
2 Theorie
Abbildung 2.1.4: Wechselwirkungseekte zwischen ionisierender Strahlung und Materie (Wasser)
[Dös99].
Photoeekt. In der Strahlentherapie sind für die verwendeten Energien (einige MeV bis
20 MeV) vor allem Comptoneekt und Kernphotoeekt wichtig. Die durch den Comptoneekt entstehende Streustrahlung weist in der Radiologie meist nur eine Schwächung
von ca.
5%
auf. Sie ist also noch fast so hart wie die Primärstrahlung, daher muss
eine ausreichende Abschirmung erfolgen. Der Kernphotoeekt ist Ursache für radioaktiven Sauersto in der Luft, sodass ständige Frischluftzufuhr und Luftaufbereitung
gewährleistet werden müssen [Sim11]. Im UKD wird zudem mit Elektronen bestrahlt.
Durch entstehende Bremsstrahlung in Form von
γ -Strahlung
können auch hierbei alle
genannten Wechselwirkungsprozesse auftreten.
2.2 Medizinische Grundlagen
2.2.1 Die Lunge
Die Lunge ist das Organ, welches der Atmung dient. Sie nimmt den Sauersto aus der
Umgebungsluft auf und transportiert das vom Organismus erzeugte Kohlendioxid ab.
Die Lunge ist paarig angelegt. Sie unterteilt sich in ein luftleitendes und ein gasaustauschendes System. Das luftleitende System beginnt mit Mund- und Rachenraum, daran
schlieÿt sich unterhalb des Kehlkopfes die ca.
10 − 12 cm lange Trachea an. Sie wird von
hufeisenförmigen Knorpelspangen umschlossen, welche nach dorsal oen sind. Danach
teilt sich die Trachea in zwei Hauptbronchien auf, wobei der linke Bronchus weniger steil
abfällt, da das Herz hier Raum fordert. Die Hauptbronchien teilen sich weiter in Lobärbronchien auf. Dabei teilt sich der rechte Hauptbronchus in drei weitere Bronchien auf:
8
2.2 Medizinische Grundlagen
einen Oberlappen-, Mittellappen- und Unterlappenbronchus. Der linke Hauptbronchus
nur in einen Ober- und Unterlappenbronchus. Insgesamt ist die linke Lunge mit nur
zwei Lappen kleiner als die rechte Lunge, aufgrund des links liegenden Herzens. Die
Lobärbronchien teilen sich weiter auf in Segmentbronchien, nach rechts zehn und nach
links neun Segmente. Bis hin zum gasaustauschenden System, den Alveolen, erfolgen
von der Aufspaltung der Trachea
23
weitere Aufspaltungen. Der Knorpelanteil in den
Bronchien wird dabei immer geringer, bis zur siebten Aufzweigung; danach ist in der
Wand der Bronchien kein Knorpel mehr vorhanden. Das gasaustauschende System besteht aus ca.
300
Millionen Alveolen, welche eine Fläche von
80 − 100
2 bilden. Die
m
Lunge ist durch ihr geringes Gewicht leichter als Wasser [Bun05].
Abbildung 2.2.1: Bronchialsystem und Lungenlappen mit Segmentaufteilung [Bun05]
2.2.2 Das Bronchialkarzinom
Das Bronchialkarzinom ist weltweit die häugste letale Krebsart des Mannes. Bei Frauen ist es mittlerweile die dritthäugste Ursache. Jährlich erkranken ca.
45.000 Menschen
in Deutschland neu an einem Bronchialkarzinom. Es ist eine der am schwierigsten zu
behandelnden Tumorerkrankungen, zum einen aufgrund der meist späten Diagnosestellung und zum anderen aufgrund der schlechten Therapieoptionen. Fast zwei Drittel
aller Fälle sind bereits bei der Erstdiagnose inoperabel. Von dem restlichen Drittel erweist sich ein Teil während der Operation als zu weit fortgeschritten, um vollständig
entfernt werden zu können. Daher ist die Überlebensrate bei Lungenkrebs sehr niedrig
[Hid10]. Die 5-Jahres-Überlebensrate beträgt
13%
13%, das heiÿt das nach fünf Jahren noch
der Betroenen leben [San11].
9
2 Theorie
Das Bronchialkarzinom wird histologisch klassiziert in kleinzellige (SCLC=small cell
lung cancer) und nichtkleinzellige (NSCLC) Karzinome. Die Bezeichnung erfolgt aufgrund der Gröÿe der Tumorzellen. Rund
20% der Malignome der Lunge sind kleinzellige
Bronchialkarzinome. Häuger treten nichtkleinzellige Bronchialkarzinome auf. Sie werden in drei weitere Gruppen aufgeteilt [Lei07]:
• Plattenepithelkarzinom: stellt einen malignen epithelialen Tumor mit Verhornungszeichen dar.
• Adenokarzinom: bilden histologisch mehr oder weniger gut erkennbare drüsige
Formationen aus. Man unterscheidet zudem zwischen muzinösen und nicht muzinösen Subtypen.
• groÿzellige Karzinome: sind undierenzierte nicht kleinzellige Karzinome, die weder Merkmale eines kleinzelligen Karzinoms noch eines Adeno- oder Plattenepithelkarzinoms aufweisen [Hid10].
Für nichtkleinzellige Tumoren wird ein Staging und Grading durchgeführt. Das Staging, welches nach der TNM-Klassikation erfolgt, beurteilt die Lokalisation, Gröÿe
und Ausbreitung des Primärtumors sowie mögliche Metastasen. Grading bezeichnet die
Bestimmung des histologischen Typs und die Dierenzierung der Tumorzellen [Kau06].
Nichtkleinzellige Bronchialkarzinome können in frühen Stadien meist operativ in Kombination mit einer adjuvanten oder neoadjuvanten Radio-/Chemotherapie versorgt werden, sofern der Tumor von den anatomischen Gegebenheiten her resezierbar ist und der
Allgemeinzustand des Patienten dies zulässt. In späteren Stadien erfolgt eine palliative
Therapie mit Operation und/oder Radio-/Chemotherapie [Lei07].
Kleinzellige Bronchialkarzinome haben die mit Abstand schlechteste Prognose, da sie
bereits in 80% der Fälle zum Zeitpunkt der Diagnose metastasiert sind [Hid10]. Aufgrund der Metastasierung erfolgt eine systemische Therapie, beispielsweise primäre
Radio-/Chemotherapie bei lokal begrenzten Tumoren oder eine Polychemotherapie bei
ausgeweiteter Krankheit. In sehr frühen Stadien kann eine Operation möglich sein
[Bun05].
2.3 Technische & biologische Grundlagen
2.3.1 Bestrahlungsplanung
Nachdem CT-Bilder des Patienten aufgenommen und die Zielvolumina sowie Risikoorgane und -strukturen, allgemein ROI (Region of Interest), eingezeichnet wurden, erfolgt
die Bestrahlungsplanung. Es wird grundsätzlich zwischen kurativer Behandlung, welche
die Heilung und Beseitigung des Tumors vorsieht, und palliativer Behandlung, welche
die Linderung oder Vorbeugung tumorbedingter Symptome bei nicht heilbaren Prozessen ansetzt, unterschieden [Sim11]. Bei Bronchialkarzinomen wird bei kurativen Ansätzen meist eine Dosis von
65 Gy, teilweise aber auch 75 Gy vorgesehen. Palliativkonzepte
36 Gy Dosis bestrahlt.
werden standardmäÿig mit
10
Ziel eines Bestrahlungsplans ist es das CTV (klinisches Zielvolumen), welches zusammenhängendes Tumorgewebe umgibt, vollständig mit der höchsten Dosis zu erfassen,
dabei aber das umliegende gesunde Gewebe so gut wie möglich zu schonen. Typisch
sollte das gesamte Zielvolumen, also auch das PTV (Planungszielvolumen), von der
95%-Isodose
umfasst werden. Das Maximum, welches möglichst im Zielvolumen liegen
sollte, erreicht Werte bis zu
110%
der Dosis. Wichtig für die Dosisberechnung ist ein
Dosismonitorpunkt, meist wird dieser im geometrischen Mittelpunkt des PTV angesetzt. Dieser Punkt ist so deniert, dass bei der Dosisberechnung das TPS (Treatment
Planning System)
100%
der Dosis auf diesen Punkt dosiert. Dieser Punkt sollte im
Weichteilgewebe liegen. Läge der Dosismonitorpunkt in einem Ort besonders hoher
bzw. niedriger Dichte, so würde es zu Unter- bzw. Überdosierung des restlichen Gewebes kommen, da der Dosismonitorpunkt stets auf
100%
dosiert wird. Zudem dient er
der Verständigung von Spezialisten und Mediziner untereinander [Sim11].
Um das Zielvolumen optimal zu erfassen gibt es verschiedene Verfahren der Bestrahlung, welche in Abschnitt 3.1 besprochen werden.
2.3.2 Dosisfraktionierung
Bestrahlungspläne basieren auf einer vorher medizinisch festgelegten, verschriebenen
Gesamtdosis. Dabei wird bei der Erstellung ebenfalls eingestellt, in wie vielen Fraktionen diese Dosis verabreicht wird, das heiÿt wieviel Dosis bei einer Einzelbestrahlung
abgestrahlt werden soll.
Unter Fraktionierung versteht man also das Aufteilen einer Dosis in mehrere Einzeldosen. Ziel der Fraktionierung ist es das gesunde Gewebe besser zu schonen beziehungsweise zu reparieren, indem man ausnutzt, dass die Erholungsfähigkeit von gesunden
Gewebe in Bestrahlungsintervallen im Allgemeinen deutlich besser als von Tumorgewebe ist (vgl. Abb. 2.3.1) [Sau10].
Es lässt sich daraus schlieÿen, dass in den Bestrahlungspausen eine Regeneration von
subletalen Strahlenschäden stattndet, man bezeichnet dies auch als Elkind-Erholung.
Abbildung
2.3.1
zeigt auÿerdem, dass bei Fraktionierung für denselben Strahleneekt
eine höhere Gesamtdosis als bei einer Einzeitbestrahlung benötigt wird (vgl. grüne und
rote Kurve). Dieser Faktor lautet [Sau10]:
Fraktionierungsfaktor
=
Dosisf raktionierte Bestrahlung
DosisEinzeitbestrahlung
(2.3.1)
Es gibt verschiedene Fraktionierungsschemata, welche eingesetzt werden können:
• Konventionell:
1, 8−2 Gy Einzeldosis pro Tag, fünfmal pro Woche würde bei einer
6 Wochen eine Gesamtdosis von 54 − 60 Gy ergeben.
Bestrahlungsdauer von ca.
• Akzeleriert: Höhere Einzeldosen oder mehrfach tägliche Fraktionierung, z.B.
2
1, 5−
Gy zweimal täglich, bewirken eine Verkürzung der Gesamtbehandlungszeit.
11
2 Theorie
Abbildung 2.3.1: Prinzip der Dosisfraktionierung: In Bestrahlungspausen kann das gesunde Gewebe
subletale Schäden fast vollständig reparieren, Tumorgewebe kann dies nicht. [Kau06]
2 × 1 − 1, 2
• Hyperfraktioniert: Unterteilung der täglichen Einzeldosis in
Gy pro
Tag, fünfmal pro Woche. Dies unterstützt die Reperaturmechanismen des Normalgewebes.
• Hyperfraktioniert, akzeleriert: Mehrmals täglich
1, 4 − 1, 8
Gy bei z.B. schnell
proliferierenden Gewebe.
• Hypofraktioniert: Einzeldosen von
3, 5 − 5
Gy bei maximal zwei Bestrahlungen
wöchentlich. Die Gesamtbehandlungszeit bleibt unverändert.
Eine Verkürzung der Gesamtbehandlungszeit durch Akzelerierung der Strahlendosis
kann bei einigen Bronchialkarzinomen die Heilungsergebnisse verbessern [Sau10].
2.3.3 Dosis-Volumen-Histogramm
Ein Dosis-Volumen-Histogramm (DVH) gibt die Dosisverteilung in eingezeichneten
Zielvolumina und Risikostrukturen an (vgl. Abb. 2.3.2). Es wird vom TPS berechnet
und dient der Beurteilung eines Bestrahlungsplans. Mit DVHs können verschiedenen
Pläne bezüglich ihrer Dosisverteilung verglichen und optimiert werden. Es wird überprüft, ob die Summe mehrerer Pläne die vorhandenen Richtlinien einhalten können.
In DVHs kann auch abgelesen werden, wie stark das umliegende Gewebe mitbestrahlt
wird. Ein steiler Abfall der Dosisverteilung des PTVs deutet darauf hin, dass die Dosis
nur im gewünschten Arealen deponiert wird und das umliegende Gewebe weitestgehend
unbestrahlt bleibt.
2.3.4 Restriktionen
Praktische Anwendung nden die DVHs nun bei der Überprüfung der Restriktionen.
Für jedes Organ gibt es bestimmte Grenzwerte, die eingehalten werden müssen um
12
Abbildung 2.3.2: Dosisvolumenhistogramm: Aufgetragen wird Volumen (%) gegen Dosis (Gy). Die
Legende rechts gibt an welcher Graph welcher ROI zugeordnet wird.
akute und chronische Strahlenfolgen zu minimieren, bestenfalls zu verhindern. Akute Strahlenfolgen treten meist kurz nach einer Bestrahlungsserie auf, schränken die
Lebensqualität allerdings nur kurzzeitig ein, da sie meist nach
6−8
Wochen abklin-
gen. Chronische Strahlenfolgen treten frühestens nach sechs Monaten auf, können sich
aber auch erst Jahre nach der Therapie abzeichnen. Chronische Folgestörungen können
ein lebenslanges Problem darstellen. Strahlenfolgen der Lunge können eine Fibrose oder
Strahlenpneumopathie sein. Bei Bestrahlung des Herzens können koronare Gefäÿerkrankungen auftreten und bei Bestrahlung des Nervensystems (Gehirn und Rückenmark)
gilt es, Funktionsstörungen und neurologische Ausfälle zu vermeiden [Bal00].
Die für diese Arbeit wichtigen Restriktionen betreen die Lunge als Gesamtorgan, das
Myelon, das Herz und den Ösophagus. Sie stellen eine an die Richtlinien des ICRU
Report
50
angelehnte interne Regelung des UKD dar.
• Lunge: Für die Lunge wird das Volumen beider Lungenügel addiert, man spricht
P
dann von der Summenlunge (
Lunge). Es gilt, dass
V20 < 35%,
das heiÿt, dass
P
35% des Volumens mit weniger als 20 Gy bestrahlt werden sollen. Für die Lunge
gilt auÿerdem D̄ < 20 Gy, also dass die mittlere Dosis unter 20 Gy bleibt.
• Myelon: Die Maximaldosis beträgt
Dmax = 47 Gy
. In die CT-Aufnahmen ein-
gezeichnet wird jedoch meist der Spinalkanal, da dieser eindeutig sichtbar ist.
Er umschlieÿt das Myelon und es gilt
Dmax = 50 Gy.
Bis zu dieser Dosis wird
die Strahlung im Spinalkanal ohne groÿe Probleme toleriert. Diese Bachelorarbeit
bezieht sich auf die Restriktion des Spinalkanals.
• Herz: Es gilt
V45 < 60%, V60 < 30%
Dmax < 40 Gy.
und für das nicht direkt bestrahlte Restvo-
lumen des Herzens
• Ösophagus: Es müssen sowohl
V70 < 20%
D̄ < 34 Gy
als auch
V35 < 50%, V50 < 40%,
eingehalten werden.
13
3 Material und Methoden
3.1 Bestrahlungstechniken im Phantom
3.1.1 Stehfeld
Ein Stehfeld bezeichnet ein Feld, welches beispielsweise aus
0°
(ap) eingestrahlt wird.
Die Bezeichnung ap weist auf den Verlauf des Strahls hin. In diesem Fall von anterior
nach posterior. Ein Stehfeld ist die Grundlage jedes Bestrahlungsplans mit dem dann
weiter verfahren wird.
Deutlich zu sehen ist der Aufbaueekt dicht hinter der Oberäche. Das heiÿt, dass das
Dosismaximum erst kurz nach Eindringen in den Körper erreicht wird. Trit ein Photonenstrahl auf Gewebe, so entstehen Sekundärteilchen. Bei hohen Energien werden diese
Sekundärteilchen in Richtung des Primärstrahls gestreut und erhöhen somit die Dosis
bis zu einer bestimmen Tiefe. Anschlieÿend nimmt die Menge der Sekundärteilchen
wieder ab, da auch der Primärstrahl immer schwächer wird. Die Tiefe für
Dmax
ist je
nach Art der Strahlung unterschiedlich, steigt aber immer mit zunehmender Energie
der Strahlung. Dies hat zum Vorteil, dass das oberächliche Gewebe geschont wird.
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 3.1.1: Stehfeld - das linke Bild zeigt ein homogenes Wasserphantom, das rechte eines mit
luftgefüllten Quadern. Beiden Phantome haben diesselben Ausmaÿe (vgl. Abschnitt
3.2.10). Es wird Collapsed Cone (CC) mit 6 MV Photonenstrahlung dargestellt. Die
Farbskala zeigt die Werte der Isodosen. Analoge Bilder für Pencil Beam (PB) benden
sich im Anhang.
15
3.1.2 Opponierende Gegenfelder
Opponierende Felder stellen eine Erweiterung des Stehfelds dar, indem noch ein zusätzliches Feld aus der gegenüberliegenden Richtung beispielsweise
180°
(pa) eingestrahlt
wird. Als Folge zeigt sich, dass sich die Dosis besser über den gesamten bestrahlten
Bereich verteilt. Allerdings bestehen weiterhin Überdosierungen dicht unter der Oberäche.
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 3.1.2: opponierende Gegenfelder - CC 6 MV
3.1.3 3-Feldbestrahlung
Folgende Bestrahlungstechnik wird umgangssprachlich auch als Hockey Stick, kurz HSt
bezeichnet: Der Hockey Stick ist eine Erweiterung der opponierenden Felder. Bei dieser Methode wird ein drittes Feld seitlich auf das Zielgebiet gerichtet in einem Winkel
< 90°.
Je nachdem, ob das seitliche Feld eine Tendenz nach oben (zum
0°
Strahl) oder
nach unten hat, zeigt sich an der Spitze der Schnittäche der Felder eine Überdosierung. Diese Überdosierung wird durch Keile kompensiert, welche in die Felder, die die
Überdosierung verursachen, eingebracht werden. Dabei sind die Keile einander entgegengesetzt, um die Dosis wieder gleichmäÿig zu verteilen. Der Name ist durch sein
Erscheinungsbild gekennzeichnet.
Wird ein seitliches Feld im Winkel von
90°
eingestrahlt, so handelt es sich um eine An-
ordnung von 3 Feldern mit Keilen, im weiteren Verlauf 3FmK genannt. Hierbei handelt
es sich nicht mehr um einen HSt, da die Anordnung der Keile eine Andere ist, zudem
ähnelt das Erscheinungsbild nicht mehr einen Hockeystick. Bei diesem Verfahren zeigt
sich eine Überdosierung zum lateralen Feld hin. Um dem entgegenzuwirken, werden
Keile in das apund pa-Feld eingebracht mit der Spitze zur Körpermitte hin.
Der HSt dient häug als Standardverfahren, welches aufgrund der guten Myelonschonung bei einem Bronchialkarzinom angewendet wird, . Diese ist möglich, da durch das
Seitenfeld eine geringere Gewichtung des pa-Feld erfolgt. Zudem wird das zu bestrahlende Volumen konformal erfasst.
16
3.1 Bestrahlungstechniken im Phantom
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 3.1.3: HSt - CC 6 MV
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 3.1.4: 3FmK - CC 6 MV
3.1.4 4-Felder-Box
Die 4-Felder-Box (4F-Box) oder auch Kreuzfeuertechnik, da aus allen Richtungen bestrahlt wird, ist eine Technik, bei der aus allen vier Hauptrichtungen ap, lilat (links
lateral), pa und relat (rechts lateral) Strahlen einfallen. Es zeigt sich, dass eine sehr
genaue Erfassung des Zielvolumens erfolgt und die restlichen bestrahlten Bereiche nur
eine geringe Strahlenbelastung erfahren.
Die 4-Felder-Box wird bei Bronchialkarzinomen eher selten eingesetzt. Das liegt daran,
dass Bronchialkarzinome meist nur eine Seite der Lunge befallen und beim Erstellen
eines Plans dann darauf geachtet werden muss, die gesunde Lunge bestmöglich zu
schonen. Handelt es sich aber um eine Bronchialkarzinom, dass sehr mediastinal liegt,
kann die 4-Felder-Box zu einer guten Zielvolumenerfassung und Risikostrukturschonung
führen.
17
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 3.1.5: 4F-Box - CC 6 MV
3.2 Bestrahlungspläne an Beispielpatienten
Anhand mehrerer Patienten mit unterschiedlichen Tumorlokalisationen soll nachfolgend
die individuelle Planung erläutert werden. Zunächst wird für jeden Patienten ein Plan
erstellt, in dem alle eingestrahlten Felder mit
6
MV Photonen gewählt werden. Dieser
Plan wird mittels PB-Algorithmus berechnet. Anschlieÿend wird dieser Plan kopiert
und unter Verwendung derselben Monitorunits (MU) mit dem CC-Algorithmus berechnet. Monitorunits stellen ein Maÿ für die Dosisgenauigkeit eines Linearbeschleunigers
dar. Die Linearbeschleuniger werden so kalibriert, dass sie eine bestimmte Energiedosis unter bestimmten Gegebenheiten applizieren.
1 Gy,
100 MU
entsprechen standardgemäÿ
allerdings kann der Kalibrierfaktor für jeden Linearbeschleuniger individuell ab-
weichen. Da der CC-Plan immer diesselben MU aufweist, entspricht er den Einstellungen des PB-Plan. Anschlieÿend erfolgt eine weitere Planung mit
15
MV Photonen-
feldern. Der Unterschied zwischen beiden Photoenergien liegt in der Reichweite der
Photonenstrahlung. Höherenergetische Strahlung hat eine gröÿere Reichweite und ein
tiefer liegendes Dosismaximum. Abschlieÿend wird ein optimierter Plan mit dem CCAlgorithmus erstellt.
Die Plannamen beginnen jeweils mit dem verwendeten Algorithmus, darauf folgt die
verwendete Energie. Handelt es sich um einen Boostplan, schlieÿt der Name mit dem
Zusatz Boost ab. Ein Boostplan stellt einen weiteren Plan für denselben Patienten mit
einem kleineren Zielvolumen dar, für das eine zusätzliche Dosis appliziert werden soll.
Für den optimierten Plan mit CC-Algorithmus lautet der Name CCopt.
Wasserphantom
Ausgangspunkt für diese Pläne war ein bereits mit MasterPlan konstruiertes Wasser-
30 × 30 × 30 cm3 . Genau mittig bendet sich ein PTV mit den
3
Abmessungen 5 × 5 × 5 cm . Die Schichtdicke der CT-Schichten beträgt 2 mm. Die übliche Schichtdicke einer CT-Aufnahme bei Bronchialkarzinomen ist 3 mm. Das Phantom
phantom mit den Maÿen
18
ist homogen und hat die Dichte von Wasser
g
ρ = 1 cm
3.
Anhand dieses Phantoms wur-
den alle wichtigen Feldkonstellationen visualisiert (Vgl. 3.1) und stets mit
1 Gy
für die
mit PB berechneten Pläne versehen. Die Kollimierung erfolgte ohne Sicherheitssaum
direkt am PTV.
Anschlieÿend wurde das Phantom modiziert, indem zwei rechteckige Hohlräume als
vereinfachte Struktur für die Lungenügel eingebaut wurden. Sie haben die Maÿe
20 ×
10×20 cm3 , benden sich unmittelbar rechts und links vom PTV. Der obere und untere
Abstand zum Rand des Phantoms beträgt
Inneren der Hohlräume entspricht der der
5 cm, rechts und links 2, 5 cm. Die Dichte im
g
Lunge (0, 3
).
cm3
3.2.1 Patient 1: mediastinaler Tumor
(a) frontal
(b) sagittal
Abbildung 3.2.1: Patient 1, Tumorlokalisation: mediastinal
1 weist einen mediastinal liegenden Tumor auf. Die verschriebene Gesamtdosis
betrug 63 Gy, die sich in zwei Planungsschritten bestehend aus 45 Gy à 1, 8 Gy pro
Fraktion und dem Boost mit 18 Gy à 1, 8 Gy pro Fraktion unterteilte.
Patient
Für den ersten Plan, welcher das PTV bis
45 Gy und das Boostvolumen umfasste, wurde
ein üblicher HSt angewandt. Nach einigen Anläufen wurde die 4F-Box-Technik verwendet, die sich für die konformale Dosiserfassung des PTV als geeignet erwies. Die MLCs
wurden zunächst in einem Abstand von
3 mm
um das PTV moduliert. Nach Überprü-
fung des Plans durch Analyse der DVHs zeigte sich, dass für die Dosis von
Restriktionen für die
P
45 Gy
die
Lunge nicht eingehalten werden konnten. Durch Beschneidung
des PTVs, bei der die MLCs ohne zusätzlichen Sicherheitssaum näher zum CTV gezogen wurden, konnte ein geringeres Lungenvolumen bestrahlt werden. Dies hatte zur
Folge, dass die Vorgaben für das PTV, welches von der
95%-Isodose
umgeben werden
soll, nicht mehr eingehalten werden konnten, allerdings konnten die Restriktionen für
die
V20
der
P
Lunge eingehalten werden. Eine weitere Problematik bei dieser Bestrah-
lungstechnik stellte das im Strahlengang gelegene Myelon dar, welches eine hohe Dosis
erhielt. Um die Bestrahlung des Myelons zu verringern, wurden daher die lateralen
Felder leicht verkippt, sodass das Myelon nicht mehr unmittelbar im Strahlengang lag,
sondern von den Blenden verdeckt wurde. Für den Boostplan wurde eine 4-Felder-Box
mit bilateralen Feldern gewählt, da das eingezeichnete Boostzielvolumen kleiner als das
vorherige war und das Myelon nicht mehr im Strahlengang lag.
19
Alle anderen Pläne bis auf CCopt wurden nach diesen Vorgaben aufgebaut. Für CCopt
wurde eine 4-Felder-Box gewählt. Um einen Dosiseinbruch nach caudal zu kompensieren, wurde ein Segment von ap eingestrahlt. Für die Reichweitenanpassung wurde die
Energie der Felder ap und pa auf
15 MV erhöht. Der Boostplan CCopt Boost
entspricht
den Einstellungen von CCopt, die Feldgröÿe wurde lediglich dem Boostzielvolumen angepasst.
3.2.2 Patient 2: Tumor am linken Oberlappen
(a) frontal
(b) sagittal
Abbildung 3.2.2: Patient 2, Tumorlokalisation: linker Oberlappen
Die verschriebene Gesamtdosis für Patient
2
betrug
36
Gy à
3
Gy pro Fraktion für
eine Tumorlokalisation im linken Oberlappen. Bei diesem Patienten war es nach einer
Pneumektomie links zu einem Rezidivtumor am Bronchusstumpf gekommen. Die Resektionshöhle hatte sich, wie in den CT-Aufnahmen sichtbar, mit seröser Flüssigkeit
und Bindegewebe gefüllt. Bei dieser Lage des Tumors bot es sich an, einen 3FmK-Plan
zu erstellen. Eine interne Regelung des UKD besagt, dass die MLCs möglichst einen
Abstand von
5 mm
um das PTV haben sollten, um die Atembeweglichkeit und damit
induzierte Bewegung des Tumors zu kompensieren. Dies konnte in diesem Fall eingehalten werden. Für die Strahlrichtung von ap und pa wurden Keile in einem Winkel
von
40°
eingebracht, um der lateralen Verzerrung der Dosis entgegen zu wirken und sie
homogen über das PTV zu verteilen. Der Collimator des ap-Feldes wurde um
90°
ge-
dreht, sodass die Spitze des Keils in mediale Richtung zeigte. Um dieselbe Ausrichtung
des Keils pa zu erreichen, wurde der Collimator um
auch für CC 15 wurden die Keile auf ap
25°
270° gedreht. Für PB
30° verringert.
15 und somit
und pa auf
Der optimierte Plan CCopt entsprach weitestgehend CC 6, allerdings mit dem Unterschied, dass unterschiedlich starke Keile verwendet wurden. Der Winkel des Keils ap
betrug
30°,
pa
35°.
3.2.3 Patient 3: Tumor am rechten Unterlappen
Die indizierte Gesamtdosis für Patient 3 betrug
75
Gy à
2, 5
Gy pro Fraktion. Der
Tumor hatte sich im rechten Unterlappen manifestiert. Für PB 6 wurde ein HSt mit
20
(a) frontal
(b) sagittal
Abbildung 3.2.3: Patient 3, Tumorlokalisation: rechter Unterlappen
einem Feld von rechts unter dem Winkel
im pa Feld von
30°
220° erstellt. Für diesen Plan war nur ein Keil
nötig. Aufgrund der hohen Gesamtdosis des Plans, war es wichtig,
die kontralaterale Lunge und das Herz weitestgehend zu schonen und somit einer möglichst geringen Strahlendosis auszusetzen. Das Programm MasterPlan verfügt über ein
Werkzeug, mit dem die Schnittebene mit dem globalen Maximum der Dosis angezeigt
wird. Unter dieser Konstellation zeigte sich eine Überdosierung im Rippenbogen, daher
wurde das re220-Feld auf
mehr auftraten. Das
235° verkippt, mit dem Ergebnis, dass keine Überdosierungen
gesamte PTV wurde von der 106%-Isodose umfasst.
CCopt entsprach im wesentlichen PB6. Beim Planungsmodul des TPS Beam Weighting besteht die Möglichkeit, den Punkt, auf den normiert werden soll, zu verändern.
Üblicherweise erfolgt die Normalization auf das Isozentrum. Durch Normierung auf
das CTV wurde im Fall dieses Patienten versucht, die
100%-Isodose
um die gesamte
Fläche des CTV zu legen. Dadurch entstanden Überdosierungen im GTV (Gross Tumor Volume) von
111, 5%,
dies wurde allerdings toleriert, da es sich hier um eindeutig
histologisch erkennbare Tumorzellen handelte.
3.2.4 Patient 4: Tumorlokalisation mediastinal und am rechten
Oberlappen
(a) frontal
(b) sagittal
Abbildung 3.2.4: Patient 4, Tumorlokalisation: mediastinal sowie rechter Oberlappen
Die festgelegte Gesamtdosis betrug in diesem Fall
70 Gy,
welche sich in zwei Planungs-
schritte bestehend aus einem Plan, welcher das komplette PTV umschloss, mit
50 Gy à
21
2 Gy und dem Boostplan mit 20 Gy à 2 Gy pro Fraktion unterteilte. Der Tumor betraf
das Mediastinum und den rechten Oberlappen. Begonnen wurde mit einem HSt (ap,
pa, re235). Unter diesen Feldeinstellungen zeigten sich hohe Überdosierungen in der
Lunge von
114%.
Durch Variation der Keile konnte diese Überdosierung nicht gemin-
dert werden, sie wurde lediglich verschoben und trat dann an einer anderen Stelle der
Lunge auf. Erst durch Repositionierung des seitlichen Feldes (re213) konnten die Überdosierungen verringert werden. Nach Auswertung der DVHs musste der Plan erneut
geändert werden, da bereits ohne Boost die Restriktionen für das Myelon überschritten
waren. Die Änderung der Normierung im Planungsmodul Beam Weighting auf Average
PTV, welche die Dosis auf den Durchschnitt des gesamten PTVs normiert, sollte die
Belastung des Myelons verringern. Dadurch konnten die Überdosierungen nicht bereinigt werden, allerdings verringerte sich die Maximaldosis des Myelons. Der Boostplan
wurde analog mit gleicher Normierung realisiert. Die Summe beider Pläne zeigte eine
leichte Überschreitung der Restriktion für das Myelon, welche durch Verdrehen des apund pa-Feldes von PB6 behoben wurde. Die Überdosierungen in PB6 sowie PB6 Boost
wurden toleriert, da sonst eine gute Zielvolumenerfassung erreicht wurde und die Restriktionen eingehalten wurden. Alle anderen Pläne wurden analog aufgebaut, es traten
keine Überdosierungen mehr auf.
0°, einem pa-Feld
180° und re213. Die Keile des pa-Feldes betrugen 60° und des re213-Feldes 50°. Der
CCopt stellte wieder einen normalen HSt dar mit einem ap-Feld aus
aus
Boostplan stellte eine Erweiterung des ersten Plans durch ein zusätzliches seitliches Feld
re270 dar, welches auÿerdem über ein Segment (re270Segm) verfügte, um Dosisverluste
caudal und cranial auszugleichen. Beide Pläne CCopt und CCopt Boost wurden auf das
Isozentrum normiert.
3.2.5 Patient 5: Separierte Tumorlokalisation mediastinal und am
rechten Unterlappen
Hervorgehoben werden sollte bei diesem Patienten das Auftreten von zwei Zielvolumina.
Das erste Zielvolumen lag mediastinal, das zweite befand sich im rechten Unterlappen.
Die Dosisverschreibung betrug
36
Gy mit einer Einzeldosis von
3
Gy. Da sich die Ziel-
volumina in wenigen Schichten überschnitten, musste hier eine neue Verfahrenstechnik
verwendet werden, um eine optimale Erfassung zu gewährleisten, die sogenannte Halbfeldtechnik. Bei dieser Technik wird das Isozentrum sämtlicher Felder in einer Schicht
platziert, in der beide Zielvolumina vorhanden sind. Danach werden beide Zielvolumina
durch individuelle Bestrahlungstechniken erfasst. Aufgrund der simulierten Feldkonstellationen liegt das Isozentrum nicht innerhalb der Feldgrenzen, weshalb die Normierung
auf diesen Punkt nicht erfolgen kann. Deshalb müssen neue geeignete Dosierungspunkte
erstellt werden, auf die anschlieÿend die Normierung erfolgt. Die Halbfeldtechnik hat
den Vorteil, dass die Dosisabfälle zu den Feldgrenzen hin durch die Überschneidung mit
dem anderen Feld aufgefüllt werden und somit ein fast kontinuierlicher Übergang der
Dosis von einem Feld zum anderen erfolgt (Dosisverwischung).
22
(a) erstes Zielvolumen (frontal / sagittal)
(b) zweites Zielvolumen (frontal / sagittal)
Abbildung 3.2.5: Patient 5, Tumorlokalisation (a): mediastinal; (b): rechter Unterlappen
Für PB6 wurde das erste, also das craniale Zielvolumen, mit einem HSt bestrahlt. Das
caudale Zielvolumen wurde mit einem Feld von ap und einem lateralen Feld von rechts
bestrahlt. Beide Zielvolumina wurden gut erfasst, allerdings kam es zum Dosiseinbruch
in den Ebenen, in denen beide Zielvolumina vorhanden sind. Dies wurde durch Einfügen eines weiteren Feldes (li118) behoben, welches diesen Bereich der Überschneidung
mit Dosis auüllte und das Isozentrum mit einer Lamelle verdeckte. Es folgten leichte
Überdosierungen am Übergang beider Zielvolumina, welche nicht komplett nivelliert
werden konnten. PB15 wurde analog zum ersten Plan generiert.
Der optimierte Plan CCopt basierte auf CC6 mit Feldern, die einen gröÿeren Sicherheitssaum zum PTV hin aufwiesen. Die Normierung erfolgte, wie bei allen zuvor erstellten Plänen, auf den Dosierungspunkt Mediastinum für das mediastinale Zielvolumen.
Der Dosierungspunkt Lunge im Unterlappen wurde manuell durch Ändern der prozentualen Anteile der einzelnen Felder für die Gesamtdosis im Beam Weighting auf
100%
normiert.
3.2.6 Patient 6: Ausgedehnte Tumormanifestation in der rechten Lunge
Mit den vorgestellten charakteristischen fünf anatomischen Positionen der Patienten
bis
5
1
wurden typische Tumorlokalisationen eines Bronchialkarzinoms veranschaulicht.
Anhand der folgenden Patienten werden verschiedene Planungskonzepte demonstriert.
Patient
6
59, 4 Gy.
erhielt eine maximale Bestrahlung mit einer verschriebenen Gesamtdosis von
Diese setzte sich zusammen aus einem Plan, welcher das gesamte PTV er-
fasste, mit
50, 4
Gy à
1, 8
Gy und einem Boostplan mit
9
Gy ebenfalls à
1, 8
Gy. Der
Tumor lag mediastinal mit rechtsseitiger Ausdehnung, sodass sich eine 4-Felder-Box als
23
(a) frontal
(b) sagittal
Abbildung 3.2.6: Patient 6, Tumorlokalisation: mediastinal mit rechtsseitiger Ausdehnung
geeignete Planoption erwies. Aufgrund der Gröÿe des Tumors wurde ein Sicherheitssaum von
5 mm
um das PTV konstruiert, da sich bei einem gröÿeren Sicherheitssaum
Überschreitungen der Restriktionen für die
P
Lunge zeigten. Eine gute Zielvolumen-
erfassung konnte durch leichte Überdosierungen im PTV erreicht werden. Dies wurde
toleriert, da die überhöhte Dosis einzig im PTV auftrat. Die Dosisberechnung zeigte, dass ein Dosisabfall im caudalen Bereich beobachtet wurde. Diese Abnahme wurde
durch geringfügige Erweiterung des Sicherheitssaums in caudaler Richtung korrigiert.
Für PB6 Boost wurde dieselbe Feldanordnung verwendet und auf das PTV
angeBoost
passt. Da der Normpunkt der Felder auÿerhalb des Boostbereichs lag, konnte dieser nur
durch Streustrahlung auf
100%
dosiert werden. Dies hatte Überdosierungen innerhalb
der Feldgrenzen zufolge. Daher wurde ein neuer Dosismonitorpunkt Boost generiert,
welcher mittig im PTV
lag.
Boost
CCopt und CCopt Boost wichen leicht von den restlichen Plänen ab. Der Plan wurde in
Anlehnung an CC6 erarbeitet. Allerdings wurden die Energien in CCopt des lilat- und
in CCoptBoost des relat-Feldes von
6
MV auf
15
MV erhöht. Zudem wurden Segmente
von ap appliziert, um die Dosis caudal und cranial besser zu verteilen.
3.2.7 Patient 7: Neoadjuvante Bestrahlung eines rechts mediastinalen
Tumors
(a) frontal
(b) sagittal
Abbildung 3.2.7: Patient 7, Tumorlokalisation: rechts mediastinal
Dieser Patient erhielt eine neoadjuvante Strahlentherapie, das bedeutet, dass die Be-
24
strahlung einer möglichen Operation vorgezogen wurde, um eine Schrumpfung des Tumors zu erreichen und somit eine Sektion durch eine potentielle nachfolgende Operation
65 Gy und unterteilte
45 Gy à 1, 5 Gy und einem
zu ermöglichen. Für diesen Fall betrug die indizierte Gesamtdosis
sich in zwei Planungsschritte bestehend aus einem Plan mit
Boostplan mit
20
Gy à
2
Gy. Tatsächlich appliziert wurde jedoch nur der erste Plan.
Der Boostplan wurde zur prophylaktisch geplant, um im Falle einer Inoperabilität des
Patienten eine möglichst schnelle Anschlussbestrahlung gewährleisten zu können. Da
der Patient für die Operation nach der Bestrahlung an eine andere Klinik überwiesen
wurde, kann nicht abschlieÿend bestätigt werden, ob eine Operation stattgefunden hat
und erfolgreich war. Es kann allerdings von einer positiven Entwicklung ausgegangen
werden, da keine negative Rückmeldung erfolgte.
Da der Tumor ab einer bestimmten Ebene, etwa bei Beginn des Herzens, von einem
groÿen und breiten Tumor (cranial) in einen kleineren Tumor (caudal) überging, bot
sich als Bestrahlungsmodalität die Halbfeldtechnik an. Dabei wurde für den cranialen Anteil ein HSt und den caudalen eine 3FmK-Technik gewählt. Zudem wurde ein
schwach gewichtetes Segment von ap cranial eingestrahlt um Überdosierungen zu kompensieren. Das DVH zeigte, dass
Dmax
des Myelons die Restriktionen überschritt. Eine
Beschneidung des PTV war die einzige Möglichkeit dem entgegenzuwirken. PB 6 Boost
war ein gekippter 3FmK-Plan. Dabei wurden die Felder ap und pa soweit gedreht,
bis das gesamte Myelon auÿerhalb des Strahlengangs lag. Senkrecht zu diesen beiden
Feldern wurde anschlieÿend ein drittes Feld platziert.
CCopt verfügte über eine modizierte Feldkonstellation, welche beispielsweise eine Entfernung des cranialen pa-Feldes beinhaltete. Zudem wurde ein zum cranialen Feld re234
opponierendes Feld generiert. Apcran und li54cran wiesen zwecks einer homogenen
Dosisverteilung Keile auf. Die Bestrahlung des caudalen Zielvolumens entsprach den
vorangegangenen Plänen. CCopt Boost entsprach den anderen Boostplänen.
3.2.8 Patient 8: Bestrahlung einer mediastinalen Tumormanifestation
mit anschlieÿender Operation
(a) frontal
(b) sagittal
Abbildung 3.2.8: Patient 8, Tumorlokalisation: mediastinal mit linksseitiger Ausdehnung
Die festgelegte Gesamtdosis betrug in diesem Fall
45
Gy à
1, 5
Gy für eine neoadju-
vante Bestrahlung. Der Plan wurde durch ein 3FmK-Konzept realisiert. In diesem Falle
25
zeigten sich Dosismaxima in der Lunge. Die Erstellung eines ap Segments, welches sich
auf das CTV beschränkte, erhöhte die Dosis im CTV und verringerte die Überdosierungen auÿerhalb des PTVs. Eine bessere Erfassung konnte durch ein weiteres Segment
ap caudal realisiert werden.
CCopt entsprach PB6, allerdings mit einer Erweiterung durch craniale und caudale
Segmente von anterior, um craniocaudale Dosiseinbrüche zu kompensieren.
3.2.9 Patient 9: Palliativbestrahlung des linken Oberlappens
(a) frontal
(b) sagittal
Abbildung 3.2.9: Patient 9, Tumorlokalisation: linker Oberlappen
Patient
9
erhielt eine palliative Bestrahlung mit einer Fraktionierung von
lungen bis
36
Gy à
3
12
Bestrah-
Gy. Auch wenn bei dieser Gesamtdosis, wenn auch mit hohen
Einzeldosen, die Restriktionen in den seltensten Fällen überschritten werden, sollte
trotzdem immer versucht werden, gesunde Strukturen so wenig wie möglich zu bestrahlen. Daher wurde ein aus dem Spinalkanal gekippter HSt gewählt.
CCopt beinhaltete mehr Felder als die vorher erstellten Pläne. Ausgegangen wurde von
einem HSt mit einem schräg lateralen Feld (li100). Zur Kompensation von Dosiseinbrüchen wurden sowohl ap und pa Segmente erstellt, welche sich auf den mediastinalen
Teil des Zielvolumens beschränken, als auch ein weiteres Segment von pa, welches die
abschlieÿenden cranialen und caudalen Schichten mit Dosis auüllte.
26
4 Ergebnisse
Wasserphantom
Das Wasserphantom dient der Visualisierung verschiedener Bestrahlungstechniken (vgl.
Abschn. 3.1). Allerdings werden auch hier kleine Unterschieden zwischen den mit PBoder CC-Algorithmus gerechneten Plänen deutlich, besonders in der Form der Isodosen.
Es kann beobachtet werden, dass eine Verbreiterung der Isodosen vom homogenen
zum inhomogenen Phantom in den PB-Plänen erfolgt. In den mit CC-Algorithmus
gerechneten Plänen wird sichtbar, dass die Reichtweite der Isodosen im inhomogenen
Phantom geringer ist. Das Zielvolumen wird meist mit derselben Isodose belegt wie im
homogenen Phantom. In der Tabelle wird deutlich, dass es meist zu
1 − 2%
Verlust in
den CC-Plänen gegenüber den PB-Plänen kommt.
Tabelle 4.1: Vergleich der verschiedenen Algorithmen und Bestrahlungstechniken bei verschiedenen
Photonenenergien im homogenen und inhomogenen Wasserphantom
Dosis[Gy]
Algorithmus Photonenenergie [MV] homogen inhomogen
PB
6
1, 00
1, 00
Stehfeld
CC
6
0, 99
0, 99
PB
15
1, 00
1, 00
CC
15
0, 99
0, 99
PB
6
1, 00
1, 00
opponierende
CC
6
0, 98
0, 98
Felder
PB
15
1, 00
1, 00
CC
15
0, 98
0, 98
PB
6
1, 00
1, 00
HSt
CC
6
0, 99
0, 99
PB
15
1, 00
1, 00
CC
15
0, 99
0, 99
PB
6
1, 00
1, 00
3FmK
CC
6
0, 98
0, 99
PB
15
1, 00
1, 00
CC
15
0, 98
0, 98
PB
6
1, 00
1, 00
4F-Box
CC
6
0, 98
1, 00
PB
15
1, 00
1, 00
CC
15
0, 98
0, 98
27
4 Ergebnisse
4.1 Patient 1
Beginnend mit einem Vergleich zwischen PB6
und CC6
el bereits in der ersten
Schicht des zu erfassenden PTV auf, dass die Isodosen des mit PB-Algorithmus gerechneten Plans aufgrund der Algorithmuseigenschaften anders verliefen als die mit
CC-Algorithmus berechneten Isodosen. Beide Pläne konnten das PTV in der cranialen
95%-Isodose versehen. In der CT-Schicht 32/111
begann die 95%-Isodose des PB6, CC6 erst mit 90%. Auch eine Schicht später, in der
im PB6 ein deutlicher an die Feldgrenzen angepasster Kasten der 95%-Isodose um das
CTV entstand, dominierte im CC6 noch immer die 90%-Isodose; vereinzelt entstanden
kleine lokale Bereiche, die mit 95% der Dosis bestrahlt wurden. Im weiteren Verlauf
konnte CC6 zur Mitte hin das CTV schwach mit 95% erfassen. Es zeigten sich unterFeldgrenze nicht mit der geforderten
brochene Isodosen, die das mediastinal gelegene Zielvolumen aussparten. PB6 erfasste
das PTV mit der
100%-Isodose,
sie ragte fortlaufend in die Lunge hinein. In cauda-
ler Richtung, etwa auf Höhe der CT-Schicht
64/111,
befand sich das Areal mit der
höchsten Dosis in PB6, welches in der Lunge gelegen war. Die letzten Schichten nach
caudal wurden sowohl von PB6 als auch von CC6 nicht vollständig erfasst. Dabei ist
hervorzuheben, dass der mit CC-Algorithmus gerechnete Plan über die letzten elf und
PB6 über die letzten sieben caudalen Schichten keine
95%-Isodose
mehr aufzeigte.
Die Zielvolumenerfassung erfolgte in PB6Boost eine Schicht früher als in CC6Boost.
Während im Plan mit PB-Algorithmus die Isodosen wieder an den Feldgrenzen der
eingestrahlten Felder orientiert waren und somit einen Kasten um das Zielvolumen legten, bildeten die Isodosen des mit CC gerechneten Plans einen Kreis um das PTV
Boost
und erfassten das zu bestrahlende Volumen konformal. CC6Boost belegte das Zielvolumen mit der
95%-
und PB6Boost mit der
100%-Isodose.
In caudaler Richtung brach
die Erfassung des Zielvolumens bei CC6Boost früher ab.
PB15 und CC15 verhielten sich ähnlich zueinander wie PB6 und CC6. In CC15 erfolgte
die Erfassung des Zielvolumens sechs Schichten nach PB15. CC15 bot ähnlich wie
CC6 in den ersten cranialen Schichten eine eher unzureichende Dosierung. Mediastinal
erfolgte eine gute Zielvolumenerfassung, während in caudaler Richtung die Isodosen
sehr schnell einbrachen, sobald der Tumor nicht mediastinal lokalisiert war, sondern in
die Lunge hineinragte. Die Isodosen in PB15 waren wieder kastenförmig und dosierten
das CTV mit
95% der Dosis. Das Maximum lag wie in PB6
in der Lunge. Sowohl PB15
als auch CC15 wiesen in den letzten caudalen Schichten keine
Der CC-Boostplan mit
15 MV
95%-Isodose
auf.
konnte nur zentral im PTV
95% der Dosis einBoost
80%- und 90%-Isodosen möglich. Zudem
strahlen. Cranial und caudal waren maximal
anterior mehr Dosis zuteil als posterior. PB15Boost entsprach
Boost
cranial den Vorstellungen, allerdings brach auch hier in caudaler Richtung die Dosis in
kam dem PTV
den untersten Schichten ein.
CCopt und CCoptBoost erfassten den gröÿten Teil des jeweiligen Zielvolumens mit
meist sogar mit
95%,
100% der Dosis. Allerdings konnten auch hier nicht die letzten caudalen
Schichten mit Dosis versehen werden. Insgesamt erfolgte aber eine bessere Bestrahlung
28
4.2 Patient 2
der Zielvolumina (vgl. Tab. 4.2).
Da sich die Pläne mit
6 MV
und
15 MV
meist sehr ähnlich waren, wird im weiteren
Verlauf nicht mehr darauf eingegangen, es sei denn, es traten deutliche Unterschiede
auf. Quantitative Unterschiede zwischen den Plänen können immer den nachfolgenden
Tabellen entnommen werden.
Tabelle 4.2: Patient 1: Mediastinum - 63 Gy, Vergleich der Restriktionen für Ziel- und Risikovolumina
PB6 +
CC6 +
PB15 +
CC15 +
CCopt +
Dosis [Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
Myelon Dmax [Gy]
Herz V45 [%]
V60 [%]
D̄(P T V )[Gy]
Standardabw. σ[Gy]
D̄(P T VBoost )[Gy]
σ [Gy]
PB6 Boost
CC6 Boost
63
61, 3
→ 2, 6% =1,
ˆ 7 Gy
26, 1
28, 2
18, 1
17, 3
49, 9
49, 2
35, 0
33, 9
4, 0
2, 1
57, 5
55, 7
9, 5
9, 4
61, 2
59, 4
4, 1
4, 4
PB15 Boost
CC15 Boost
63
61, 5
→ 2, 5% =1,
ˆ 6 Gy
25, 7
28, 9
17, 7
17, 5
49, 77
49, 2
35, 7
34, 0
5, 7
2, 5
57, 2
55, 1
9, 6
9, 3
61, 1
58, 9
4, 0
4, 3
CCopt Boost
63
35, 3
18, 5
49, 4
36, 4
12, 1
57, 1
10, 2
61, 3
4, 7
4.2 Patient 2
Beide Pläne, PB6 und CC6, waren relativ ähnlich in der Form der Zielvolumenerfassung. Das PTV wurde kastenförmig erfasst. In der ersten cranialen Schicht betrug
95%, in CC6 90%. Im weiteren Verlauf
100% der Dosis in PB6, bei CC6 nur 95% mit
welche mit 100% bestrahlt wurden. Die Erfassung der
der Wert der Isodose um das PTV in PB6
in caudaler Richtung erfuhr das PTV
vereinzelt lokalisierten Bereich,
letzten Schicht mit
95%
gelang bei beiden Plänen nicht vollständig. In beiden Plänen
wurde die kontralaterale Lunge durch das links laterale Feld moderat mitbestrahlt.
Beim mit PB-Algorithmus berechneten Plan wurde die kontralaterale Lunge mit
der Dosis über die Gesamtlänge bestrahlt, während die
20%-Isodose
20%
beim CC6 hinter
den Bronchien einbrach (vgl. Anhang Abb. 5.1.7).
Die Erfassung des PTVs erfolgte bei CCopt in allen Schichten mit mindestens
gröÿtenteils im mediastinalen Bereich mit
100%
95%,
der Dosis.
4.3 Patient 3
In CC6 erfolgte eine Bestrahlung von umliegendem Gewebe mit einer geringen Dosis,
während die Bestrahlung in PB6 an den Feldgrenzen abbrach und kein weiteres umliegendes Gewebe mitbestrahlt wurde. Dies ist erkennbar durch einen achen Abfall der
Graphen im DVH (vgl. Anhang Abb. 5.1.9). Sowohl bei
6 MV als auch bei 15 MV zeigten
29
4 Ergebnisse
Tabelle 4.3: Patient 2: linker Oberlappen - 36 Gy, Vergleich der Restriktionen für Ziel- und Risikovolumina
PB6
CC6
36
35, 8
→ 0, 6% =0,
ˆ 2 Gy
4, 6
4, 6
3, 6
3, 5
36, 1
35, 5
0, 4
0, 5
Dosis[Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
D̄(P T V )[Gy]
σ [Gy]
PB15
CC15
36
35, 7
→ 0, 85% =0,
ˆ 3 Gy
4, 6
4, 6
3, 4
3, 3
35, 8
35, 2
0, 7
0, 8
CCopt
36
5, 0
3, 6
35, 9
0, 4
sich drastische Unterschiede zwischen CC und PB. Die mit PB-Algorithmus gerechneten
95%- gröÿtenteils sogar mit der 100%-Isodose
107% der Dosis auf. Die mit CC-Algorithmus gerechneten Pläne dosierten das PTV teilweise nur mit 60%. 95%-Isodosen traten nur im
Pläne konnten das Zielvolumen mit der
belegen. In der Lunge traten sogar
Gewebe wie zum Beispiel den Bronchien und dem GTV auf (vgl. Anhang Abb. 5.1.8).
CC15 wies mit
4, 61%
einen erheblichen Dosisverlust auf.
CCopt kann die craniocaudalen Feldgrenzen nicht erfassen. Die indizierte Dosierung war
nur durch Normalisation der Dosis auf das CTV möglich; dies führte zu einer höheren
Dosis im Zielvolumen (vgl. Tab. 4.4).
Tabelle 4.4: Patient 3: rechter Unterlappen - 75 Gy, Vergleich der Restriktionen für Ziel- und Risikovolumina
Dosis[Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
D̄(P T V )[Gy]
σ [Gy]
PB6
CC6
75
73, 4
→ 2, 1% =1,
ˆ 6 Gy
21, 7
22, 3
14, 9
13, 5
77, 2
66, 7
1, 2
4, 6
PB15
CC15
75
71, 5
→ 4, 6% =3,
ˆ 5 Gy
21, 9
22, 3
14, 6
13, 1
75, 9
62, 7
0, 8
5, 0
CCopt
75
23, 1
15, 7
75, 0
4, 5
4.4 Patient 4
Bei craniocaudaler Betrachtung der Pläne CC6 und PB6, el auf, dass bei CC6, wie
bereits bei den meisten bislang behandelten Fällen, die abschlieÿenden cranialen und
caudalen Schichten mit Dosis unterversorgt waren. Doch auch bei PB6 traten cranial
und caudal kleinere Dosiseinbrüche auf. So war die
95%-Isodose
zwar in den abschlie-
ÿenden Schichten vorhanden, umfasste aber nur noch kleinere Areale und nicht gänzlich
das PTV. In der cranialen Hälfte des PTV bestrahlte CC6 vorrangig das im Mediastinum gelegene PTV. Erst ab Höhe des Bronchus umfasste
95%-Isodose
das ganze PTV.
PB6 erfasste zentral das gesamte PTV mit den vorgeschriebenen Isodosen. Allerdings
traten in diesem Plan Überdosierungen im rechten anterioren Lungenlappen und im
Brustbein von über
30
110%
auf, während in CC6 keine Überdosierungen auftauchten.
4.5 Patient 5
Die zugehörigen Boostpläne wiesen ebenfalls Unterschiede auf (vgl. Anhang Abb. 5.1.10).
CC6Boost führte den cranialen Schichten sehr wenig Dosis zu. Die Dosiseinbrüche waren
hier deutlich sichtbar. Mediastinal erfolgte eine konformale Erfassung des PTV
,
Boost
während caudal die Dosis eher im Herzen als im Boostzielvolumen deponiert wurde.
PB6Boost lieferte allgemein eine sehr gute Zielvolumenerfassung, allerdings war zu berücksichtigen, dass aufgrund des kleinen Winkels zwischen den Feldern pa und re213
ein relativ groÿes Gewebeareal, hauptsächlich der Lunge, mitbestrahlt wurde.
Tabelle 4.5: Patient 4: Mediastinum und rechter Oberlappen - 70 Gy, Vergleich der Restriktionen für
Ziel- und Risikovolumina
PB6 +
CC6 +
PB15 +
CC15 +
CCopt +
Dosis[Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
Myelon Dmax [Gy]
Ösophagus D̄[Gy]
D̄(P T V ) [Gy]
σ [Gy]
σ [Gy]
PB6 Boost
CC6 Boost
70
67, 4
→ 3, 7% =2,
ˆ 6 Gy
32, 3
33, 0
20, 0
19, 1
46, 3
46, 7
40, 9
39, 7
69, 3
66, 6
3, 6
4, 2
69, 8
67, 4
1, 9
2, 4
PB15 Boost
CC15 Boost
70
66, 7
→ 4, 8% =3,
ˆ 4 Gy
32, 3
33, 5
19, 7
19, 0
44, 9
45, 7
40, 6
39, 6
69, 3
65, 8
3, 7
4, 5
69, 9
66, 8
1, 6
2, 7
CCopt Boost
70
32, 0
19, 4
47, 8
43, 5
70, 3
3, 6
71, 3
2, 1
4.5 Patient 5
Das erste der beiden Zielvolumen, PTV
, wurde in PB6 mit 100%, also mit eimed
ner festgelegten Gesamtdosis von 36 Gy bestrahlt. Während sich die Isodosen (95%)
von CC6 in den ersten cranialen Schichten um die Trachea herumlegten, strahlte PB6
gänzlich durch sie hindurch. Dies wurde auch weiter caudal sichtbar, wo PB6 direkt
durch die Lunge hindurchstrahlte, während sich die Isodosen von CC6 den Formen des
Weichteilgewebes anpassten und sich nah an das PTV fügten. Im Bereich des Übergangs von PTV
med
zu PTV
Lunge
nahm im CC6 mediastinal die Dosis ab, welche
anschlieÿend wieder ausgeglichen wurde. PB6 wies beim Übergang leichte Überdosierungen in der rechten Lunge auf. Das caudale Zielvolumen wurde zu Beginn von beiden
Plänen zunächst gut erfasst. An der Schnittäche zwischen Herz und PTV erreichte
PB6
110%
der Dosis. Weiter caudal nahm in beiden Pläne die Dosis ab, CC6 jedoch
mehr als PB6. Es kam bei beiden Plänen zu Dosiseinbrüchen mediastinal. Die Dosis
war in diesen Schichten eher anterior gerichtet.
In den Plänen PB15 und CC15 traten leichte Unterschiede zu den Plänen mit
Photonenstrahlung auf. Aufgrund des späteren Aufbaueekts setzte die
6 MV
95%-Isodose
in PB15 später ein als in PB6. Im Übergangsbereich zwischen beiden Zielvolumina el
in CC15 die Dosis nicht ab, allerdings konnte keine Dosis im PTV
Lunge
deponieren
werden, weshalb dieses blieb nahezu unbestrahlt (vgl. Anhang Abb. 5.1.11). Im weiteren
31
4 Ergebnisse
Verlauf entsprach PB15 im Wesentlichen PB6.
Tabelle 4.6: Patient 5: Mediastinum und rechter Unterlappen - 36 Gy, Vergleich der Restriktionen für
Ziel- und Risikovolumina
Dosis[Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
Myelon Dmax [Gy]
D̄(P T VM ed )[Gy]
σ [Gy]
D̄(P T VLunge )[Gy]
σ [Gy]
PB6
CC6
36
34, 9
→ 3, 0% =1,
ˆ 1 Gy
24, 4
23, 5
12, 3
11, 8
31, 6
30, 9
36, 7
35, 4
1, 3
1, 3
36, 7
34, 5
1, 7
1, 1
PB15
CC15
36
35, 2
→ 2, 3% =0,
ˆ 8 Gy
23, 8
23, 2
11, 9
11, 6
31, 0
30, 6
36, 4
35, 0
1, 0
1, 3
35, 2
32, 9
1, 4
0, 9
CCopt
36
23, 9
12, 2
31, 5
36, 5
1, 4
36, 0
1, 3
4.6 Patient 6
Bereits eine Schicht vor Beginn des PTVs wurde in dem mit PB-Algorithmus gerechnetem Plan die
95%-Isodose
sichtbar, welche eine Rechtslastigkeit aufwies. Über die
gesamte Länge des Tumors erfolgte eine Erfassung mit der
100%-Isodose in Kasten∼ 110%. CC6
form. Es kam teilweise zu Überdosierungen in der rechten Lunge von
konnte
95%-Isodosen
in cranialen Schichten nur vereinzelt erzeugen. Erst später er-
reichte das Zielvolumen eine
95%-Isodosenerfassung.
Etwa ab dem Herzen wurde das
PTV kastenförmig erfasst. Caudal nahm die Dosis früher ab als in PB6.
PB6Boost bestrahlte das PTVBoost mit
95% der Dosis, allerdings erfolgte auch hier ei-
ne Dosisverschiebung nach rechts. CC6Boost wies in den ersten beiden cranialen Schichten Probleme auf, da hier keine Zielvolumenerfassung erfolgte. Anschlieÿend wurde das
mediastinale Boostvolumen mit
95% bestrahlt, allerdings nicht der innerhalb der Lunge
liegende Bereich des PTV
.
Boost
CC15Boost konnte erst nach fünf cranialen Schichten eine teilweise Erfassung des
PTV
noch
Boost
90%
mit 95% gewährleisten. Zur rechten Lunge hin erhielt das PTV
nur
Boost
der Dosis. In caudaler Richtung traten die ersten Dosiseinbrüche bereits
sieben Schichten vor Abschluss des PTV
Boost
auf.
4.7 Patient 7
Beide Pläne, PB6 und CC6, konnten die ersten beiden cranialen Schichten nur mit
90%
der verschriebenen Dosis von
65 Gy
belegen. Danach erfolgte zunächst nur eine
Erfassung des mediastinal gelegenen Tumorgewebes, wobei das anteriore Tumorgewebe
mit einer höheren Dosis bestrahlt wurde als das übrige Tumorgewebe, sowohl in PB6
als auch in CC6. Weiter caudal war in PB6 eine partielle Erfassung des leicht in der
Lunge liegenden PTVs mit der
32
95%-Isodose
möglich. Im weiteren Verlauf konnte PB6
4.7 Patient 7
Tabelle 4.7: Patient 6: Mediastinum - 59, 40 Gy, Vergleich der Restriktionen für Ziel- und Risikovolumina
PB6 +
CC6 +
PB15 +
CC15 +
CCopt +
Dosis[Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
Myelon Dmax [Gy]
Herz V45 [%]
Dmax [Gy]
D̄(P T V ) [Gy]
σ [Gy]
σ [Gy]
PB6 Boost
CC6 Boost
59, 4
58, 4
→ 1, 6% =1,
ˆ 0 Gy
27, 5
28, 6
20, 1
19, 5
47, 6
46, 5
54, 6
39, 1
62, 3
61, 9
59, 2
57, 2
3, 3
3, 6
61, 1
59, 3
1, 9
1, 7
PB15 Boost
CC15 Boost
59, 4
58, 3
→ 1, 9% =1,
ˆ 1 Gy
25, 7
29, 5
19, 4
19, 2
46, 5
45, 7
44, 7
37, 0
61, 7
60, 3
58, 4
56, 1
3, 5
3, 7
60, 6
58, 2
1, 5
1, 4
CCopt Boost
59, 4
30, 9
19, 9
47, 2
41, 0
63, 0
58, 4
3, 6
60, 5
1, 6
das gesamte PTV erfassen. CC6 beschränkte sich auf das mediastinal liegende PTV
und das GTV, welches sich in der Lunge befand. Vor dem Übergang in der Zentralstrahlebene kam es bei CC6 zu leichten Dosiseinbrüchen. Caudal erfolgte eine ausreichende
Zielvolumenerfassung von PB6. CC6 zeigte Dosiseinbrüche hinter dem Wirbelkörper
und konnte somit nicht das gesamte PTV bestrahlen. Die Dosis wurde eher im Herz als
im PTV deponiert. Die letzten sieben Schichten in CC6 beziehungsweise vier Schichten
in PB6 wurden nur unzureichend mit Dosis versorgt.
Von cranial nach caudal erfolgte in PB6Boost eine durchgängig gute Erfassung des
Zielvolumens mit der gewünschten Dosis. CC6Boost konnte über sechs craniale Schichten keine Dosis beziehungsweise nur unzureichend Dosis deponieren. In Richtung der
Lunge bildeten sich die Isodosen kissenförmig aus. In caudaler Richtung war die Dosis mediastinal orientiert. Die letzten drei Schichten konnten nicht mit Dosis versorgt
werden.
PB6 +
CC6 +
PB15 +
CC15 +
CCopt +
Dosis[Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
Myelon Dmax [Gy]
D̄(P T V ) [Gy]
σ [Gy]
σ [Gy]
PB6 Boost
CC6 Boost
65
63, 8
→ 1, 8% =1,
ˆ 2 Gy
35, 6
35, 5
19, 6
19, 0
48, 7
47, 7
62, 8
60, 5
6, 6
6, 5
65, 3
62, 9
1, 8
2, 5
PB15 Boost
CC15 Boost
65
63, 8
→ 1, 9% =1,
ˆ 2 Gy
35, 0
35, 5
19, 2
18, 8
48, 6
48, 2
62, 5
59, 9
6, 5
6, 4
65, 1
62, 2
1, 7
2, 7
CCopt Boost
65
34, 6
19, 9
45, 1
61, 8
6, 8
64, 7
2, 6
33
4 Ergebnisse
4.8 Patient 8
Während PB6 das gesamte PTV erfasste, waren die cranialen Isodosen von CC6 nach
rechts anterior verschoben. In den anfänglichen Schichten erfolgte in CC6 eine Aussparung der Isodosen um die Trachea herum. Allgemein lagen die Isodosen des mit CCAlgorithmus berechneten Plans enger am PTV an als jene, die mit PB-Algorithmus
berechnet wurden. In PB6 traten Dosen über
107%
in der linken Lunge und beidseitig
von der Trachea auf. Beide Pläne wiesen Dosiseinbrüche, welche durch die Wirbelkörper verursacht wurden, auf. Die Bestrahlung des GTVs erfolgte in PB6 mit
in CC6 mit
100%
107%
und
der verabreichten Dosis. Weiter caudal in CC6 verlagerte sich die
Dosis zum lateralen Feld, was zur Folge hatte, dass in den letzten Schichten die Dosis
in mediastinalen Bereichen des PTVs fehlte und dort nur noch
80 − 90%
der Dosis
deponiert werden konnten.
CCopt konnte das Zielvolumen vollständig umfassen.
PB6
CC6
45
44, 3
→ 1, 5% =0,
ˆ 7 Gy
29, 7
30, 1
16, 0
15, 3
43, 4
42, 6
46, 4
44, 7
1, 6
1, 7
Dosis[Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
Myelon Dmax [Gy]
D̄(P T V )[Gy]
σ [Gy]
PB15
CC15
45
44, 2
→ 1, 7% =0,
ˆ 8 Gy
29, 6
30, 2
15, 5
15, 0
42, 1
41, 6
45, 8
43, 8
1, 5
1, 9
CCopt
45
32, 6
17, 2
40, 5
46, 2
1, 2
4.9 Patient 9
Das PTV wurde in PB6 gänzlich mit
mit der
95%-Isodose
95% erfasst, in CC6
erfolgte die Minimalerfassung
des PTVs erst fünf Schichten später. Zur Lunge hin gelegen sind
die Isodosen in CC6 eher nach innen gewölbt, orientierten sich am CTV und verursachten damit kleine Aussparungen des PTVs, welche nicht in dem mit PB-Algorithmus
gerechneten Plan auftraten. In caudaler Richtung kam es in CC6 zu Dosiseinbrüchen,
die dazu führten, dass die letzten drei Schichten nicht mit Dosis belegt wurden.
In CC15 wurden die Unterschiede deutlicher dargestellt. Während PB15 das gesamte PTV craniocaudal mit
100%
erfasste, wurde die Dosis in den ersten fünf cranialen
Schichten des CC15 im Rippenbogen und nicht im PTV deponiert. Danach konnte
lediglich das CTV mit
95%
der Dosis bestrahlt werden. Acht Schichten vor dem cau-
dalen Ende des PTV erfolgten Dosiseinbrüche, sodass das PTV nur ungenügend oder
gar nicht bestrahlt wurde.
34
4.9 Patient 9
Tabelle 4.10: Patient 9: linker Oberlappen - 36 Gy, Vergleich der Restriktionen für Ziel- und Risikovolumina
Dosis[Gy]
Abweichung
P
Lunge V20 [%]
D̄[Gy]
D̄(P T V )[Gy]
σ [Gy]
PB6
CC6
36
35, 4
→ 1, 8% =0,
ˆ 6 Gy
20, 8
18, 8
9, 2
8, 7
36, 6
34, 9
0, 7
1, 3
PB15
CC15
36
35, 2
→ 2, 3% =0,
ˆ 8 Gy
20, 8
18, 0
9, 2
8, 7
36, 4
34, 1
0, 7
1, 5
CCopt
36
22, 2
9, 6
36, 3
1, 0
35
5 Diskussion
Rückblickend auf die neun geplanten Patienten wurde deutlich, dass einige Phänomene
wie etwa Wölbung der Isodosen oder frühe Dosiseinbrüche bei Collapsed Cone kontinuierlich bei fast allen Patienten auftraten.
Bei Erstellung der Pläne mit PB-Algorithmus und CC-Algorithmus el auf, dass bei
Verwendung derselben Monitorunits weniger Dosis im CC-Plan appliziert wurde (vgl.
Tab. Kap. 4). Dies beruht auf der Tatsache, dass der Collapsed Cone Algorithmus laterale Streuanteile stärker berücksichtigt und die Dosis zum Teil hierüber abnimmt.
Das wiederum hatte zur Folge, dass für die gewünschte Gesamtdosis mehr Monitorunits einkalkuliert werden mussten als beim Pencil Beam Algorithmus. Aufgrund der
höheren Anzahl an Monitorunits verlängerte sich die Bestrahlungszeit einer Fraktion,
somit musste der Patient länger auf dem Patiententisch liegen. Dies kann sowohl eine psychische als auch eine physische Belastung darstellen. Es wäre möglich, dass der
Patient durch das längere Liegen unruhig wird und eine reproduzierbare Lagerung erschwert wird. Etwaige minimale Bewegungen könnten die Lage der ROI verändern; die
Genauigkeit der Bestrahlung könnte beeinusst werden.
Bei Auswertung der Pläne war zu berücksichtigen, dass CC6, CC6Boost, CC15 und
CC15Boost stets eine geringere Gesamtdosis aufgrund individueller Verluste aufwiesen.
Es konnte also kein direkter Vergleich der prozentualen Isodosen stattnden, da sie
sich auf eine andere Gesamtdosis bezogen. Die gleiche Isodose in einem PB- und einem
CC-Plan bedeutete lediglich, dass der CC-Plan an dieser Stelle eine geringere Dosis
95% von 36 Gy im Fall des PB-Plan nicht 95%
von 35, 4 Gy. Exakte Dosisvergleiche mussten von
aufwies, so entsprachen beispielsweise
der im CC-Plan vorhandenen Dosis
Fall zu Fall nachgerechnet werden.
Zudem muss festgehalten werden, dass es sich in dieser Arbeit um neun exemplarische
Konzepte für je eine bestimmte Situation handelte. Es konnten also nur Aussagen über
die Gesamtheit dieser neun Patienten gemacht werden und nicht gänzlich über Bronchialkarzinome. Die hier genannten Bemerkungen beziehen sich nur auf die in dieser
Bachelorarbeit behandelten Fälle und stellen keine Allgemeingültigkeit dar. Für universelle Feststellungen müssen mehr Berechnungen für unterschiedliche Patienten mit
gleicher oder vergleichbarer Situation erfolgen.
Die mit PB-Algorithmus gerechneten Pläne zeigten meist geradlinig verlaufende Isodosen, CC-Pläne gröÿtenteils nach innen gewölbte Isodosen, welche ein Maÿ für die
Dosisverteilung sind. Das mag überwiegend an der unterschiedlichen Berechnung für
Inhomogenitäten liegen. Da im Pencil Beam Algorithmus Inhomogenitätskorrekturen
37
5 Diskussion
nur entlang des Strahlengangs und nicht lateral zu diesem erfolgen, wird davon ausgegangen, dass ebenso viel Fluenz in den Strahlengang einieÿt wie durch Streustrahlung
verloren geht (vgl. Abschn. 2.1.1.1). Dies kann nur eine geradlinige Isodose entlang
der Feldkanten hervorrufen. In CC-Plänen traten die genannten gewölbten Isodosen
meist in Richtung einer Inhomogenität, in diesem Fall also der Lunge, auf. Der Collapsed Cone Algorithmus berechnet durch Superposition sowohl ein- als auch ausieÿende
Fluenz für ein Voxel. Somit kann für Inhomogenitäten eine genauere Dosisberechnung
erfolgen, da hierbei berücksichtigt wird, dass beispielsweise in der Lunge weniger Energie deponiert wird. Für sehr homogene Gewebe führten beide Algorithmen zu etwa
gleich guten Resultaten (vgl. Patient 2). Man konnte eine vergleichbare Erfassung des
Zielvolumens ausmachen (vgl. Anhang Abb. 5.1.7). Zudem wurde häug sichtbar, dass
vor allem bei Tumoren, die aus einem mediastinal gelegenen Areal und aus einem Bereich, welcher in der Lunge lokalisiert ist bestehen, der mediastinale Teil meist gut
von dem mit CC-Algorithmus gerechneten Plan erfasst wurde (vgl. Patient 5 Anhang
Abb. 5.1.11 und Patient 7 Anhang Abb. 5.1.13). Deutlich wurden die Unterschiede in
der Berechnung der lateralen Streuanteile vor allem bei Tumoren, welche vollständig in
der Lunge lagen (vgl. Patient 3 Anhang Abb. 5.1.8). Hier wurden massive Dosisverluste
deutlich, welche durch die Lage des Tumors verursacht wurden und in PB-Plänen völlig
unentdeckt blieben.
Eine weitere Auälligkeit stellten die Dosisverluste der craniocaudalen Feldgrenzen dar.
Während in PB-Plänen meist
95% der Dosis in der ersten beziehungsweise letzten Ziel-
volumenschicht erreicht wurden, konnte in den CC-Plänen gröÿtenteils keine oder zu
wenig Dosis eingestrahlt werden. Es ist möglich, dass dieses Phänomen an der unterschiedlichen Art der Berechnung der Head Scatter Matrix beruht. Im Oncentra MasterPlan wird die Fluenzmatrix des Energiestrahls zunächst von der Streuung im Linearbeschleunigerkopf bereinigt, bevor eine explizite Berechnung der Head Scatter Matrix für
das gegenwärtige Feld berechnet wird. Im Pencil Beam Algorithmus wird die Head Scatter Matrix genutzt, um für den kollimierten Strahl einen Head Scatter Dosisanteil zu
berechnen, welcher dann zur Gesamtdosis addiert wird. Im Collapsed Cone Algorithmus
werden zunächst direkte und indirekte Fluenzen addiert, bevor es zur Dosisberechnung
kommt [Onc03]. Vor allem Streuung an den Blenden, welche die Feldgrenzen darstellen,
mögen einen groÿen Teil dieser Dosiseinbrüche ausmachen. Meist gelang es in CCopt,
die Felder ein wenig nach caudal und cranial aufzuziehen, das heiÿt die Blenden zu
erweitern und den mit MLCs gezogenen Sicherheitssaum auszuweiten, um eine ausreichende Erfassung der äuÿersten Schichten zu gewährleisten. War dies nicht erfolgreich,
so schate letztendlich das Einsetzen eines Segments Abhilfe.
Je nach Lage des Tumors kam es zu gröÿeren oder kleineren prozentualen Abweichungen
in der verschriebenen Gesamtdosis. Die gröÿte Abweichung erfolgte bei Patient 4 mit
4, 79%
bei einem Tumor, welcher mediastinal und im rechten Oberlappen manifestiert
war. Die zweitgröÿte Abweichung von
dig im rechten Unterlappen lag. Die
4, 61% wies Patient 3 auf, dessen Tumor vollstängeringste Abweichung bot Patient 2 mit 0, 58%,
da der Tumor in der Resektionshöhle, welche mit Bindegewebe und Wasser gefüllt ist,
lokalisiert war. Mediastinal gelegene Tumoren wurden in CC-Plänen in ähnlicher Weise
38
5.1 Fazit
durch die Isodosen erfasst, wie in PB-Plänen. Dabei waren Unterschiede durch die zuvor genannten Faktoren zu vernachlässigen. Für Tumoren, die sowohl Lunge als auch
Mediastinum betrafen, wurde unter Verwendung derselben Feldkonstellation eine ähnliche Dosisverteilung im mediastinal gelegenem Bereich erzielt. Darüberhinaus war die
Erfassung des in der Lunge liegenden PTVs schlechter und konnte in den optimierten Plänen korrigiert werden. Ein Tumor, welcher komplett in der Lunge lag, wies die
gröÿten Unterschiede auf. Die Bestrahlung war jedoch durch Umstellung des Normalisationspunktes möglich (vgl. Patient 3). Die Vermutung liegt nahe, dass je höher der
Anteil der Inhomogenität ist, desto gröÿer die Abweichung zwischen CC und PB.
Beim Vergleich der Belastung der Risikoorgane konnte beobachtet werden, dass in den
meisten Fällen die Organe in CCopt höher beeinträchtigt wurden, um eine genauso gute
oder bessere Lösung als in den mit PB-Algorithmus gerechneten Plänen zu erreichen.
Die Schonung des Myelons war in CCopt meist besser als in den PB-Plänen.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der Pencil Beam Algorithmus durch
seine geradlinigen Isodosen oft gröÿere Flächen bestrahlt als der Collapsed Cone Algorithmus und weniger konformal ist. Im Gegenzug benötigt Pencil Beam weniger Monitoreinheiten und somit auch weniger Rechenzeit. Für Tumoren innerhalb der Lunge
arbeitet der Collapsed Cone Algorithmus präziser als der Pencil Beam Algorithmus,
da er durch seine unterschiedliche Berechnung mehr der Realität entspricht. Allerdings
sollte stets berücksichtigt werden, dass ein Algorithmus nur ein mathematisches Konstrukt ist und nie exakt die Realität darstellen kann. Diese kann nur mittels in-vivo
Dosimetrie punktuell exakt ermittelt werden.
5.1 Fazit
Abschlieÿend lässt sich sagen, dass die Unterschiede zwischen Pencil Beam Algorithmus und Collapsed Cone Algorithmus sichtbar geworden sind und jeder Algorithmus
nach gegebener Situation Vor- und Nachteile birgt. Es muss festgehalten werden, dass
dies nur Berechnungen basierend auf den jeweiligen Algorithmen sind. Tatsächliche
Aussagen über die exakte und somit realistische Dosisverteilungen kann nur eine experimentelle in-vivo Evaluierung bringen. Dies könnte in einer weiterführenden Arbeit
ermittelt werden.
Der Collapsed Cone Algorithmus gilt als der genauere Algorithmus, daher sollte vorrangig immer eine Bestrahlungsplanung mit Collapsed Cone Algorithmus für Bronchialkarzinome gewählt werden, sollte die Zeit und nötige Rechenleistung gegeben sein.
Eine Alternative zum Collapsed Cone Algorithmus könnte der sogenannte Analytical
Anisotropic Algorithm (AAA) sein. Der Analytical Anisotropic Algorithm ist ein 3D
Pencil Beam Faltungs-Superpositions Algorithmus und besteht aus einem Kongurationsund einem Dosisberechnungsalgorithmus. Dabei stellt der Kongurationsalgorithmus
eine Charakterisierung des Strahls aufgrund von Teilchenart, Fluenz und Energie dar.
39
5 Diskussion
Der Dosisberechnungsalgorithmus basiert wie bei Collapsed Cone auf Monte Carlo Simulation. Das Volumen wird in Voxel aufgeteilt, für die eine Berechnung verschiedener
Streuanteile erfolgt [Nil09]. Im Vergleich zu Pencil Beam geht der Analytical Anisotropic Algorithm davon aus, dass die Photonen entlang der Strahlachse oder in eine
der
16
lateralen Transportachsen senkrecht zum Strahlengang wechselwirken. Der Al-
gorithmus wird also bessere Ergebnisse als Pencil Beam im Bezug auf Inhomogenitäten
liefern, da dieser laterale Achsen miteinbezieht. Im Vergleich zum realistischeren Collapsed Cone Algorithmus ist der Analytical Anisotropic Algorithm, welcher schneller
ist, im Nachteil, aufgrund der reduzierten Berechnung der Streuung. Er stellt jedoch
wahrscheinlich einen guten Kompromiss zwischen Pencil Beam und Collapsed Cone dar
[Kar10]. Dies müsste jedoch auch in weiterführenden Berechnungen geprüft werden.
40
Anhang
41
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 5.1.1: Stehfeld - PB 6 MV
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 5.1.2: opponierende Gegenfelder - PB 6 MV
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 5.1.3: HSt - PB 6 MV
43
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 5.1.4: 3FmK - PB 6 MV
(a) homogen
(b) inhomogen
Abbildung 5.1.5: 4F-Box - PB 6 MV
44
(a) PB6
(b) PB6Boost
(c) CC6
(d) CC6Boost
(e) CCopt
(f) CCoptBoost
Abbildung 5.1.6: Patient 1, Planvergleich derselben CT-Schicht
45
(a) PB6
(b) CC6
(c) CCopt
46
(a) PB15
(b) CC15
(c) CCopt
47
(a) PB6
(b) CC6
Abbildung 5.1.9: Patient 3, Vergleich der DVHs für verschiedene Algorithmen. Je steiler der Abfall der
Zielvolumengraphen, umso weniger umliegendes Gewebe wird mitbestrahlt.
48
(a) PB6
(b) PB6Boost
(c) CC6
(d) CC6Boost
(e) CCopt
(f) CCoptBoost
49
(a) PB15, mediastinales Zielvolumen
(b) PB15, Zielvolumen im rechten Unterlappen
(c) CC15, mediastinales Zielvolumen
(d) CC15, Zielvolumen im rechten Unterlappen
(e) CCopt, mediastinales Zielvolumen
(f) CCopt, Zielvolumen im rechten Unterlappen
50
(a) PB6
(b) PB6Boost
(c) CC6
(d) CC6Boost
(e) CCopt
(f) CCopt
51
(a) PB6
(b) PB6Boost
(c) CC6
(d) CC6Boost
(e) CCopt
(f) CCoptBoost
52
(a) PB6
(b) CC6
(c) CCopt
53
(a) PB15
(b) CC15
(c) CCopt
54
[Sta11]
Statistisches Bundesamt Deutschland
(Stand: 29.08.2011):
http://www.destatis.de/jetspeed/portal/cms/Sites/destatis/Internet/
DE/Content/Statistiken/Gesundheit/Todesursachen/Aktuell,
templateId=renderPrint.psml
[Onc03]
Oncentra MasterPlan
, Physics and Algorithms, Handbuch
192.739ENG-03
[Gan06]
C. Gansemer
(2006): Untersuchung des Einusses des Dosisberechnungs-
algorithmus auf den Optimierungsprozess in der IMRT, Diplomarbeit, FH
Gieÿen-Friedberg
[Oel06]
U. Oelfke
(2006): Dose Calculation Algorithms aus New technologies in
radiation oncology, Springer-Verlag, Berlin
[Sim11]
I. Simiantonakis
(2011): Grundlagen der Strahlentherapie, Vorlesungs-
skript, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
[Lin01]
M. Linder
(2001): Entwicklung eines zählenden Pixeldetektors für digita-
les Röntgen , Dissertation, Universität Bonn
[Dem05]
W. Demtröder
(2005): Kern-, Teilchen- und Astrophysik, Springer-Verlag,
Berlin
[Dös99]
O. Dössel
(1999): Bildgebende Verfahren in der Medizin - Von der Technik
zur medizinischen Anwendung, Springer-Verlag, Berlin
[Bun05]
[Lei07]
[Hid10]
U. Bungeroth
Pulmologie
H. Leischner
Onkologie
W. Hiddemann C. Bartram
(2005):
(2007):
, Urban & Fischer, München
, Urban & Fischer, München
(2010): Die Onkologie, Springer Medizin
,
Verlag, Heidelberg
[San11]
Sankt Georg Unternehmensgruppe
(Stand: 08.10.2011):
http://www.sanktgeorg.de/bronchialkarzinom.html
[Kau06]
G. W. Kauffmann E. Moser R. Sauer
,
&
(2006): Radiologie, Urban &
Fischer, München
[Sau10]
R. Sauer
(2010): Strahlentherapie und Onkologie, Urban & Fischer, Mün-
chen
[Bal00]
J. Baltzer, H. Meerpohl & J. Bahnsen
(2000): Praxis der gynäkolo-
gischen Onkologie, Thieme Verlag, Stuttgart
55
[Nil09]
E.Nilsson
(2009): Evaluation of the Analytical Anisotropic Algorithm (AAA)
in lung tumors for 6 MV photon energy, Masterarbeit, Göteborg University
[Kar10]
M. Karlsson
et al.(2010): Independent Dose Calculations Concepts and
Models, European Guidelines for Quality Assurance in Radiotherapy, ESTRO
booklet 10
56
Eidesstattliche Erklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Bachelorarbeit selbständig verfasst habe
und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet habe.
Remscheid, 10. Oktober 2011
Laura Vogt

Dosisspezi scher Vergleich von physikalisch

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