4 Diskussion

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In den folgenden Abschnitten werden die zuvor beschriebenen Ergebnisse diskutiert und bewertet. Dabei werden zusammengehörige Untersuchungen zusammenfassend erörtert. In Abschnitt 4.1 werden die Positionierungs- und Fixierungssysteme für Kopf- und Kopf-Hals-Bestrahlungen, sowie das Doppelvakuumsystem diskutiert. Darauf folgt die Diskussion der Untersuchungen der Dosisalgorithmen. Kapitel 4.3 befasst sich mit den Planvergleichen für den Kopf und für die Kopf-Hals-Region. Und im letzten Abschnitt werden alle Ergebnisse abschließend diskutiert.

4.1  Diskussion der Positionierungssysteme

Es wurde die Genauigkeit zweier thermoplastischer Maskensysteme für die stereotaktische Patientenpositionierung und Fixierung bestimmt. Die Maskensysteme ermöglichen eine nicht-invasive Fixierung der Patienten in alle Raumrichtungen, wodurch die exakte Positionierung und damit die Anwendung von hoch-präzisen fraktionierten Bestrahlungstechniken möglich wird. Einer der großen Vorteile bei der Verwendung thermoplastischer Masken ist die Tatsache, dass sie von den meisten Patienten als bequem oder zumindest gut tolerierbar empfunden werden [Willner 1997, Stärk 1997, Ahlheit 2001.] Dies wurde von den Probanden dieser Studie bestätigt.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Genauigkeit zeigen einen weiteren großen Vorteil der thermoplastischen Kopfmasken, wie sie auch bei anderen ähnlichen Systemen [Edlund 1996, Tsai 1999] ermittelt wurden. Durch das Design der Systeme werden unerwünschte Bewegungen und Fehlpositionierungen verhindert. Dabei tragen die einzelnen Komponenten des Systems unterschiedlich stark zur Fixierung des Patienten bei. Bei der Kopf-Maske gewährleistet die Kopfstütze und der untere Teil der Maske die reproduzierbare Höhe der Lagerung (anterio-posterio; y-Richtung.) Die beiden oberen Teile der Maske verhindern eine Verschiebung nach rechts und links (x-Richtung) und kranio-kaudal (z-Richtung), sowie die Rotationen um die x- und um die y-Achse. Die Nasenfixierung sorgt primär für die Reduzierung der Rotation um die z-Achse, verhindert aber auch Positionierungsfehler in x- und z-Richtung. Die Verwendung des Oberkiefersupports hat Einfluss auf die Positionierung primär in kranio-kaudaler Richtung. Der Oberkiefersupport besitzt hohe Reproduzierbarkeit von 1,8 mm +/- 0,9 mm ohne zusätzliche Hilfsmittel.

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Dieses Positionierungssystem kann auch für zahnlose Patienten verwendet werden, da bei Fehlen der Schneidezähne die Maske mit Kontakt zum Gaumen fixiert werden kann. Dadurch wird das Anwendungsgebiet dieses Systems deutlich verbreitert. Dies ist bei anderen Fixierungsmethoden wie zum Beispiel mittels Zahnabdruck [Gill 1991, Sweeney 2001, Fairclough-Tompa 2001] nur eingeschränkt möglich.

Der Nachteil des Maskensystems für den Kopf liegt darin, dass durch die ovale Kopfform die Repositionierung in kranio-kaudaler Richtung mit einem Fehlerpotenzial behaftet ist, dass sich nur schwer abschätzen lässt. Aus diesem Grund wurden bei einer Messserie die Probanden gebeten, sich so stark wie möglich zu bewegen. Die Messungen ergaben Abweichungen von bis zu 9 mm pro Raumrichtung. Die Behandlungsmöglichkeiten der Kopfmaske beschränken Lesionen, die nicht zu weit kaudal liegen, z.B. in der Schädelgrube. Schließlich muss bei allen Maskensystemen immer berücksichtigt werden, dass im Behandlungsverlauf Änderungen des Patienten wie zum Beispiel Gewichtsschwankungen oder Haarausfall sich auf die Passgenauigkeit und damit auf die Positionierungsgenauigkeit auswirken.

Um die beschriebenen potentiellen Fehler in kranio-kaudaler Richtung zu minimieren, wurde in der Charité ein Oberkiefersupport eingeführt. Durch die Verwendung des Supports mit der herkömmlichen Maske konnte nach den vorliegenden Ergebnissen die Genauigkeit auf 0,96 mm +/- 0,25 mm verbessert werden. Diese Verbesserung tritt überwiegend in kranio-kaudaler Richtung (Durchschnitt 1,34 mm ohne und 0,64 mm mit Support) hervor. Gleichzeitig werden aber auch weitere mögliche Rotationsfehler um die y-Achse reduziert. Es konnte auch gezeigt werden, dass insbesondere nicht-systematische vom Anwender hervorgerufene Positionierungsfehler deutlich reduziert werden konnten. Die Erfahrungen mit dem Oberkiefersupport zeigen, dass der Einsatz für Probanden und Patienten keine Unannehmlichkeiten oder gar Schmerzen hervorruft. Auch treten bei der Anwendung keine zusätzlichen Herstellungs- und Positionierungszeiten auf. Dies und die leichte Handhabung ermöglichen eine Anwendung im klinischen Alltag.

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Allerdings kann auch der Oberkiefersupport mögliche Repositionierungsfehler nicht vollständig ausschließen. Die in der Strahlentherapie üblichen Kontrollen und Verifizierungen dürfen auch bei der Verwendung dieses Systems nicht unterlassen werden. Dies ist wiederum durch die aktiven Bewegungen der Probanden in der Maske abgeschätzt worden. Mit einem Bewegungsvektor von 9 mm wird deutlich, wie groß die möglichen Fehler sind. Es bleibt zu bemerken, dass eine Wiederholung dieser Messserie mit einem Oberkiefersupport hilfreich gewesen wäre. Da jedoch der Support nicht gleichzeitig mit einem Zahlabdruck verwendet werden kann, war eine Umsetzung dieser Validierung nicht möglich. Es bleibt also offen, inwieweit der Support in der Lage ist, auch solche Fehler zu reduzieren.

Der Einsatz eines zusätzlichen Instrumentes bedeutet immer auch zusätzlichen Dokumentationsaufwand und zusätzliche Arbeitsschritte. Nach unseren Erfahrungen mit den vorliegenden Untersuchungen scheint dies in diesem Fall jedoch vernachlässigbar.

Das zweite Fixierungs- und Positionierungssystem, das hier untersucht wurde, ist die thermoplastische Kopf-Hals-Maske. Diese hat große Ähnlichkeit mit der oben diskutierten Kopfmaske. Es gibt jedoch einige entscheidende Unterschiede. Bei der Kopf-Hals-Maske fixiert das thermoplastische Material auch das Kinn. Durch diesen Unterschied in der Maskenform ist eine gute Positionierung in kranio-kaudaler Richtung bereits vorgegeben. Sie benötigt daher keinen zusätzlichen Oberkiefersupport. Es ist sogar unmöglich den Oberkiefersupport zu verwenden. Dies bedeutet auch dass ein anderes Verifikationssystem für diese Maske verwendet werden muss. Für diese Studie wurden bildgebende Verfahren für die Verifikation herangezogen. Eine Rotation des Kopfes wird genau wie bei der Kopfmaske durch die Fixierung des Nasenbeins in der Maske verhindert. Zur Minimierung von Positionierungsungenauigkeiten im unteren Kopf-Hals-Bereich wäre der zusätzliche Einsatz eines Vakuumkissens möglich, wurde jedoch in dieser Studie nicht verwendet. Die Größe der Maske macht diese auch sehr stabil. Schließlich gewährleisten Design und Größe der Maske auch ihre Anwendung für kaudal gelegene Lesionen, die in der oben beschriebenen Kopfmaske nicht ausreichend fixiert werden können.

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Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die Kopf-Hals-Maske eine vergleichbare Positionierungsgenauigkeit wie die Kopf-Maske aufweist. Dies ist aufgrund der Ähnlichkeit der Systeme wohl auch zu erwarten. Die größere Standardabweichung kann einerseits auf die geringere Statistik mit nur zwei Patienten zurückgeführt werden. Andererseits spielt auch die Tatsache, dass verschiedene Messsysteme verwendet wurden, eine große Rolle. Die Auflösung der Verifizierungsaufnahmen mit einer Schichtdicke von 1,5 mm macht eine geringere Standardabweichung unmöglich.

Ein Nachteil zeigt sich jedoch bei der Kopf-Hals-Maske. Durch die Fixierung des Kinns ist die Kommunikation mit dem Patienten während der Behandlung stark eingeschränkt.

Ein besonderer für beide Maskensysteme geltender Vorteil ist die hohe Genauigkeit kombiniert mit der schnellen Repositionierung. Beides zusammen macht den Einsatz in der klinischen Routine möglich.

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Die Verwendung thermoplastischer Maskensysteme für stereotaktische Einzeitbehandlungen muss unter dem Aspekt der Genauigkeit aber auch der Invasivität untersucht werden. Beide zeigen eine Submillimeter Genauigkeit in der Repositionierung des Patienten in der Maske. Dies scheint eine ausreichende Präzision für die Stereotaxie. Insbesondere bei Behandlungen von Hirnmetastasen, bei denen der Primärtumor nicht unter Kontrolle ist, kann der Einsatz thermoplastischer Maskensysteme sinnvoll sein. Da beim Auftreten weiterer Metastase die gleiche Maske verwendet werden kann. So ist eine einfache Repositionierung des Patienten sichergestellt.

Im Gegensatz zu den beiden vorherigen Positionierungs- und Fixierungssystemen wurde für den Körperstamm kein thermoplastisches Material sondern ein Doppelvakuumsystem in Kombination mit einem passiven Markersystem verwendet. Durch die Aufrechterhaltung des fixierenden Doppelvakuums zwischen CT- und Beschleunigerraum wird die Patientenbewegung zwischen beiden Modalitäten stark eingeschränkt. So ist es möglich eine virtuelle Korrelation herzustellen, ohne eine reale räumliche Kopplung von CT und Beschleuniger. Wird zusätzlich ein patientenindividuelles Markersystem verwendet, das eine Korrelation zwischen Patient und Bestrahlungssystem erzeugt, so können stereotaktische Behandlungstechniken auch in extrakranialen Körperregionen angewandt werden. Das hier verwendete passive IR-System ermöglicht außerdem eine nahtlose Überwachung der Patientenposition während der Behandlung. Als wichtigster Vorteil wird die Trennung von Fixierung und Lokalisierung des Patienten angesehen. Bei den thermoplastischen Systemen ist dieser Zusammenhang immer gegeben, da das Fixierungssystem gleichzeitig die Basis des Lokalisierungssystems darstellt. Damit resultiert eine fehlerhafte Fixierung des Patienten in einer falschen Positionierung, was eine Fehlbestrahlung zur Folge hat. Bei dem Doppelvakuumsystem mit IR-Markern ist dieser Zusammenhang durch die Trennung von Fixierung und Positionierung aufgelöst. Denn auch bei einer nicht optimalen Fixierung kann durch die erzeugten CT-Aufnahmen eine exakte Positionierung erreicht werden.

Die bei Bestrahlungen im Körperstamm übliche Positionierung mittels Vakuumkissen bietet aufgrund seiner U-Form keine ausreichende Fixierung. Dies ist in der Regel bei konventioneller Behandlung nur bedingt von Nachteil. Für Präzisionsbehandlungen wie IMRT oder stereotaktische Techniken ist es jedoch eine wesentliche Voraussetzung. Die Verwendung des Doppelvakuum-Systems zeigte in ersten Untersuchungen, dass es wie eine Maske für den Körperstamm wirkt. Durch die hohe Repositionierungsgenauigkeit bietet dieses System die Möglichkeit zur stereotaktisch geführte Präzisionsbestrahlung im Körperstamm. Außerdem bietet sich bei dieser Behandlungstechnik die Kombination der beiden beschriebenen Validierungsmethoden (IR-System und Wiederholungs-CTs) zur täglichen Positionskontrolle des Patienten an. [Wurm 2002, Scheffler 2002]

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Die Nachteile des Systems zeigen sich im klinischen Alltag durch ein erhöhtes Maß an personellem, zeitlichem und logistischem Aufwand. Hinzu kommt noch, dass es sich im Moment noch um eine Kombination mehrerer Komponenten handelt. Diese Komponenten sind nur einzeln kommerziell erhältlich , aber nicht optimal aufeinander zugeschnitten. Es handelt sich nicht um ein einheitliches System. Wesentliche Verbesserungen im Bereich Zeitaufwand, Arbeitsablauf, Komplexität und Anwenderfreundlichkeit werden von einem dedizierten System erwartet.

Über die Genauigkeit des Systems kann gesagt werden, dass zunächst das Ergebnis von 7 mm vektorieller Verschiebung nicht den Erwartungen entsprach. Allerdings zeigt die zweite Studie, die die Patientenposition relativ zur Vakuummatte untersuchte, dass durch die Entkopplung von Fixierung und Positionierung tatsächlich eine Genauigkeit von 4 mm erreicht werden kann. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Wahl der Position der Marker Einfluss auf die Genauigkeit hat. Je weiter ein Marker vom Isozentrum entfernt ist, desto größer ist der Einfluss im Falle einer Abweichung von der Sollposition für die Fehlerberechnung In jeden Fall ist eine Reduzierung der Tumorfehlpositionierung von unter einem Zentimeter bereits ein Erfolg. Für die stereotaktische Strahlentherapie, aber insbesondere für die Strahlenchirurgie müssen Werte um die 3-4 mm erreicht werden. Diese Untersuchung lässt erwarten, dass die Weiterentwicklungen der bildgebenden Verfahren in der Strahlentherapie dies ermöglichen werden.

Um die vorliegenden Untersuchungen zur Positionierungsgenauigkeit durchzuführen, wurden zwei grundsätzlich verschiedene Verifizierungsmöglichkeiten verwendet. Die Untersuchungsmethoden wurden aufgrund ihrer leichten Anwendbarkeit und ihrer Genauigkeit ausgewählt. Außerdem wurde darauf geachtet, dass sie vielseitig verwendbar sind, insbesondere für die Evaluierung der Positionierung im Körperstamm. Für die Kopf-Hals-Maske sowie das Doppelvakuumsystem wurden CT-Aufnahmen mit einem Fusionierungsalgorithmus zur Validierung verwendet. Für die Kopf-Maske dagegen wurde ein Zahnabdruck mit einem IR-System eingesetzt.

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Beim Vergleich der Untersuchungstechniken ist der zunächst augenfälligste Vorteil des Infrarot-Systems, die eindeutige und starre Verbindung zum Patienten durch den Zahnabdruck. Durch die Verwendung eines Zahnabdruckes können die IR-Marker eindeutig am Patienten befestigt werden und es besteht ein reproduzierbarer Zusammenhang zwischen beiden Koordinatensystemen. Das untersuchte Verfahren weist außerdem eine hohe Genauigkeit auf. Eine vergleichbare Genauigkeit ist durch andere Methoden mit Electronic Portal Imaging (EPI) oder externen Markern nicht erreichbar. Schließlich verwendet dieses Verifizierungssystem keine ionisierende Strahlung. Es stellt im Gegensatz zum Einsatz von EPID keinen aktiven Eingriff in den Patienten dar. Dadurch sind Voruntersuchungen mit dem IR-System sowohl mit Probanden als auch Patienten möglich, die Aufschluss über Anwendung und potentielle Problemquellen geben.

Ein großer Nachteil des Systems ist das Fehlen von integrierten Softwaremodulen für die Auswertung der Messungen. Das System ist darauf ausgerichtet, Abweichungen in der Position anzuzeigen, um sie zu korrigieren. Um absolute Messwerte für die ermittelten Abweichungen zu bekommen, müssen jedoch die intern abgespeicherten Markerkoordinaten herangezogen werden. Eine zweite Schwierigkeit ist die richtige Anordnung der IR-Marker. Es muss darauf geachtet werden, dass die Marker asymmetrisch angeordnet werden, damit die Software, die die Bilder der Kameras weiterverarbeitet, die Marker eindeutig zuordnen kann. Schließlich wurde der Zahnabdruck im Gegensatz zum Oberkiefersupport und der Maske als solche von den untersuchten Personen zum Teil als unangenehm empfunden. Da die Akzeptanz der Maske jedoch eines der entscheidenden Vorteile der thermoplastischen Masken ist, wird der Einsatz des Zahnabdruckes in der klinischen Routine an der Charité nicht angestrebt.

Das IR-System zur Validierung der Genauigkeit wurde für beide extrakraniellen Positionierungsmethoden verwendet. Die Verwendung von wiederholten CTs erwies sich als sehr zuverlässig. Bei den Kopf-Hals-Untersuchungen wurden die CT-Daten auf die Genauigkeit der Positionierung retrospektiv ausgewertet. Für den Körperstammpatienten wurden die CTs direkt vor der Behandlung ausgewertet, um auf eine eventuelle Zielvolumenverschiebung sofort bei der Behandlung reagieren zu können. Hier zeigt sich auch der wichtigste Vorteil des Systems: Der Patient ist selber Teil des Verifizierungssystems. Die wiederholten CT-Aufnahmen ermöglichen also einen direkten Vergleich der inneren Körperstrukturen zur Positionskontrolle. Die Fusionierung der Aufnahmen macht diese Validierung vom Arbeitsaufwand möglich und reduziert die möglichen individuellen Fehler des Untersuchenden.

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Zu berücksichtigen bleibt der Einsatz ionisierender Strahlung bei diesem Validierungsverfahren. Bei den kurativen Therapien ist die Verwendung aufgrund des unwesentlichen Nebenwirkungsrisikos relativ zum Risiko einer Fehlbestrahlung zu rechtfertigen (Verifizierung des Zielvolumens bei gleichzeitiger Verifizierung der Repositionierungsgenauigkeit des jeweiligen Patienten).

4.2  Diskussion der Dosisalgorithmen

Die Ergebnisse des Vergleichs der Dosisalgorithmen zeigen dass für die untersuchten Felder sowohl der Clarkson- als auch der Pencil-Beam-Algorithmus eine hohe Übereinstimmung mit den Messungen aufweisen. Bei dem Versuch, die etablierten Methoden der Hirnbestrahlungen auf Gebiete des Körperstammes, des Halses und des Nackens auszuweiten, werden Unterschiede in der Dosisberechnung jedoch stärkere Auswirkungen haben. Ein stark vereinfachender Algorithmus, wie der Clarkson-Algorithmus, kann die komplizierten geometrischen und physikalischen Verhältnisse nur bedingt wiedergeben. Der PB-Algorithmus berücksichtigt weit genauer Gewebeinhomogenitäten und ist daher besser geeignet. Dieser Algorithmus wird bei den meisten Planungssystemen verwendet.

Das verwendete Planungssystem bietet beide Verfahren für die Benutzer, je nach Anwendungsgebiet an. Es wurde als Vorteil angesehen, dass das gleiche Planungssystem eingesetzt wurde, da auf diese Weise nur die Algorithmen und die Genauigkeit der Basisdaten Einfluss auf die Genauigkeiten des Vergleichs haben und andere Parameter ausgeschlossen werden können.

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Die Untersuchungen zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen Planung und Messung und geben so die Unterschiede der Algorithmen nur unzureichend wieder. Das ist unter anderem auf das verwendete Phantom zurückzuführen. Dieses Phantom wurde aufgrund seiner einfachen Geometrie gewählt und weil es den Vorteil aufweist, dass ein kompletter Plan verifiziert werden kann. Um größere Unterschiede zu sehen, müssten ähnliche Untersuchungen mit einem nicht-homogenen Phantom durchgeführt werden. Die Absolutdosis wurde nicht gemessen, da das primäre Ziel der Untersuchung der Vergleich der Dosisverteilungen und weniger die absolute Genauigkeit der Dosis war. Eine solche Messung kann eventuell andere Erkenntnisse bringen.

Die erreichten Übereinstimmungen zwischen normierter berechneter und gemessener Dosisverteilung zeigen die Qualität der Dosisalgorithmen sowohl für die Stehfeldtechnik als auch für die dynamische Pendeltechnik. Ein Nachteil bei der Verwendung dieses Ansatzes für die Verifizierung der Dosisalgorithmen liegt darin, dass einzelne Felder oder Pendelabschnitte einen schrägen Einfall auf das Phantom und den Film haben können. Dadurch kann auf Grund der Projektion ein kleiner Winkelfehler bei der Bestrahlung größere Dosisabweichungen zur Folge haben, als bei einem senkrechten Einfall. Bei einer Untersuchung scheint dies der Fall gewesen zu sein. Hier schnitt der Pencil-Beam-Algorithmus unerwartet schlecht ab, was vermutlich auf einen Projektionsfehler zurückgeführt werden kann. Die Genauigkeit der Untersuchung ist abhängig von der Schichtdicke der CT-Datensätze. Die Berechnung der Dosis kann nicht genauer sein, als die CT-Informationen. Daher wurden für beide Algorithmen die gleichen CT-Daten verwendet. Hierin besteht auch einer der Vorteile das gleiche Planungssystem zu verwenden. Die CT-Daten wurden für beide Algorithmen vom System gleich behandelt.

Der Clarkson-Algorithmus zeigte einen klaren Nachteil, dass er nicht in der Lage ist, intensitätsmodulierte Felder zu berechnen. Auch kann er nicht für den Optimierungsprozess herangezogen werden. Dadurch und durch Abweichungen des Algorithmus bei großen Feldern, wird er in Zukunft in dem Maße an Bedeutung verlieren in dem sich komplizierte Behandlungsmethoden im klinischen Alltag durchsetzten [Bortfeld 1993, Okunieff 1995].

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Eine genauere Übereinstimmung zwischen berechneter und gemessener Dosis wird durch den Einsatz der Monte-Carlo-Simulation erreicht. Jedoch liegt auch insbesondere die Problematik in den langen Berechnungszeiten, die bisher einen verbreiteten Einsatz und seine klinische Verwendung verhindert haben. Mit den immer höheren Computerleistungen und weiteren Optimierungen an den Berechnungsroutinen wird jedoch eine Implementierung dieses Algorithmus' in vielen Systeme in wenigen Jahren erwartet. Mit dem Einsatz der Monte-Carlo-Simulation wird auch die Berücksichtigung von biologischen Modellen wie der NTCP (Normal Tissue Complication Probability) und der TCP (Tumor Control Probability) erwartet [Mohan 1994]. Diese Modelle versuchen eine Prognose der Nebenwirkungen und Spätfolgen für das Normal- und Risikogewebe bzw. die Tumorkontrollwahrscheinlichkeit zu berücksichtigen. Für die derzeit eingesetzten Berechnungsalgorithmen weisen diese Modelle jedoch zu viele Parameter auf und haben daher zu lange Berechnungszeiten, um im klinischen Alltag eingesetzt werden zu können. Auch sind die biologischen Modelle noch nicht vollständig etabliert, so dass, im Gegensatz zu den physikalischen Modellen, noch große Unterschiede in den Resultaten beim Einsatz verschiedener Anfangsbedingungen entstehen.

4.3  Diskussion der Bestrahlungstechniken für Kopfbehandlungen

Durch die Entwicklung computergesteuerter Multileaf-Kollimatoren ergeben sich neue Möglichkeiten zur Optimierung der konventionellen Bestrahlungsmodalitäten [Kubo 1999]. Gleichzeitig werden die sich stetig wachsenden zellbiologischen Kenntnisse dazu herangezogen, Bestrahlungsprotokolle unter dem Aspekt des Strahlenschutzes und der Schonung des Normalgewebes zu optimieren. Durch die geeignete Wahl der Bestrahlungstechniken mit den neuentwickelten Protokollen lassen sich konformale und homogene Dosisverteilungen mit steilen Dosisgradienten erzielen, die eine bessere Tumorkontrolle zulassen.

Der vorliegende Planvergleich nutzt eine begrenzte Anzahl Parameter auf, aufgrund derer die Beurteilung eines Behandlungsplans erfolgen kann und sollte. Neben den in der Literatur häufig verwendeten Indizes der Konformalität und der Homogenität, wurden in Abschnitt 2.5 weitere Parameter, wie z.B. das Volumen der 80%- und der 90%-Isodose und der VT50 vorgestellt. Dem letzteren der genannten Parameter kommt bei der Beurteilung der Pläne insofern eine gesonderte Rolle zu, als das die gewonnenen Ergebnisse dazu herangezogen werden, Vorhersagen über einen extrakraniellen Einsatz zu machen. Bei der Behandlung extrakranialer Zielvolumina müssen zwei entscheidende Faktoren berücksichtigt werden. Zum einen soll der Dosisgradient so steil wie möglich sein, um die Dosis auf umliegendes Normalgewebe so niedrig wie möglich zu halten. Dies wird anhand des VT50 gemessen. Zum anderen muss bei einer nahe am PTV gelegenen Risikostruktur eine durch Organverschiebung auftretende Dosisüberhöhung niedrig gehalten werden. Die setzt eine homogene Tumorbestrahlung voraus. Beide Kriterien werden durch die Wahl der umschließenden Isodose entscheidend beeinflusst. Um eine Beurteilung für den Einsatz der Technik in der extrakranialen stereotaktischen Strahlentherapie geben zu können, wurden alle Bestrahlungspläne mit dem Ziel erstellt, die 90%-Isodose als Umschließende zu erhalten. Dieses Kriterium galt als erfüllt, wenn 99% des Tumorvolumens 90% der Dosis beinhalteten. Dadurch wurde verhindert, dass nur aufgrund der Unterdosierung eines einzigen Voxels ein Plan abgewiesen werden musste. Die Umschließende und die Konformität standen bei der Optimierung im Wechselspiel, die Änderung des einen Parameters hat die Veränderung des anderen zur Folge. Hier musste stets ein Optimum gefunden werden. Die Verwendung beider Grenzwerte ist in der stereotaktische Behandlung üblich. Im gleichen Verfahren sollten aber auch die Risikostrukturen maximal geschont werden. Die Vergleiche des VT50 sowie der 80%- und der 90%-Isodosen geben einen guten Einblick in die Dosisverteilungen [Cardinale 1998] und erlauben bereits eine Abschätzung des Plans im Falle möglicher Organverschiebungen.

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Die Wahl der optimalen Bestrahlungstechnik ist besonders schwierig aufgrund der starken Variationen der Zielvolumina in Form und in Größe. Um eine Voraussage treffen zu können, wurden die Kopf-Patienten in drei Gruppen eingeteilt. Schell et al. schlugen eine Differenzierung anhand der Tumorform vor und teilten ihre Patienten in drei Kategorien ein [Schell 1991; Gruppe A: Tumorvolumen, die fast kugelförmig sind; Gruppe B: Volumen mit leicht von der Kugel abweichender, und Gruppe C: Volumen mit stark von der Kugel abweichender Form. Nach den vorliegenden Ergebnissen ist durch die Differenzierung in Gruppen festzustellen, dass der dynamische Arc für alle Tumorgeometrien einsetzbar ist. In der Gruppe B, insbesondere beim Vergleich der Dosisgradienten, ist die IMRT dem dynamischen Arc unterlegen. In der Gruppe C, mit stark irregulären Tumorformen, jedoch dreht sich das Bild um, und die IMRT ist dem dynamischen Arc überlegen. Bei den Zielvolumina im Kopf handelt es sich mit wenigen Ausnahmen um kleine Volumina. Für größere Strukturen werden Vorteile für die IMRT erwartet, die einen größeren organisatorischen Aufwand für die klinische Umsetzung rechtfertigen [Benedict 2001].

Beim Vergleich der Stehfeldtechniken zeigt sich, dass die Verwendung von mMLCs und konformalen Blöcken die besten Ergebnisse bei den untersuchten Kopfpatienten aufweisen. Diese drei Techniken (Blöcke, 1,7mm mMLC und 3mm mMLC) weisen stets eine bessere Konformalität, Homogenität, Tumorumschließende und einen steileren Dosisgradienten auf, als Stehfeldtechniken mit MLC. Ein Vorteil der MLC-Techniken ist ihre Feldgröße. Während die mMLCs in der Regel über eine Größe 10 cm x 10 cm im Isozentrum nicht hinaus kommen, haben die MLCs Feldgrößen bis zu 40 cm x 40 cm. Daher muss in extrakraniellen Einzelfällen mit zwei Isozentren geplant werden, wenn ein mMLC verwendet wird, wohingegen nur ein Isozentrum nötig wäre bei Verwendung eines Vollfeld-MLCs. Darin zeigt sich auch der Nachteil der konformalen Blöcke. Zwar ist der Dosisgradient dieser Kollimatoren fast ideal, jedoch ist der Einsatz durch die geringe Feldgröße limitiert. Bei den Blöcken ist sowohl eine minimale, als auch maximale Feldgröße durch die Geometrie des Kollimators limitiert. Im vorliegenden Planvergleich ist es vorgekommen, dass die konformalen Blöcke nicht geplant werden konnten, weil die zu bestrahlende Region zu klein war.

Die Zeit, die für die Erstellung eines dreidimensionalen stereotaktischen Bestrahlungsplans benötigt wird, hängt mit steigender Komplexität der Tumorform und der Lage der Risikostrukturen wesentlich von der Erfahrung des Planers ab. Die Optimierung eines Planes mit Rundkollimatoren ist unverhältnismäßig komplizierter und aufwendiger als die für einen Plan mit konformaler MLC-Technik. Bei der Evaluierung der Pläne wurde der hohe Zeitaufwand jedoch nicht direkt als Nachteil der Technik aufgeführt. Erst bei der abschließenden Beurteilung fließt diese Komponente mit ein. So ergibt sich bei gleicher oder ähnlicher Dosisverteilung aufgrund kürzerer Planungszeiten und erheblich geringerem Aufwand für die Qualitätssicherung ein deutlicher Vorteil der dynamischen Pendeltechnik. Die Planung kann mit Hilfe von Softwaremodulen unterstützt werden, die verschiedene Optimierungsprozesse für die Wahl der Kollimatorgrößen, der Winkelverteilungen und dem Ausblocken von Risikostrukturen nutzen [Meeks 1998]. Solche Module standen bei den hier diskutierten Untersuchungen jedoch nicht zur Verfügung.

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Erschwert wurde die Bestrahlungsplanung durch die Anforderung, dass die 90%-Isodose die Tumorumschließende sein sollte. Diese Anforderung wird der Tatsache gerecht, dass bei der extrakranialen Radiotherapie die Penumbra außerhalb des Tumors gelegt wird, um eine Unterdosierung des Tumors und eine Überdosierung des Normalgewebes bei einer Tumorverschiebung zu minimieren. Wird dagegen die Penumbra in den Tumor gelegt, z.B. durch eine Planung auf die 50%- oder 60%-Isodose, so kann eine Tumor- oder Risikoorganverschiebung eine starke Dosisänderung zur Folge haben. Da dieser Parameter jedoch für jede der Bestrahlungstechniken zu erfüllen war, sind die Auswirkungen auf die Zeit für die Planerstellung einheitlich für alle Techniken mit Ausnahme der IMRT. Auf die Dauer einer IMRT-Optimierung hat dieser Parameter keine Auswirkung.

Als Faustregel kann gesagt werden dass die Planungszeit um etwa 50% pro zusätzliches Isozentrum ansteigt. Die IMRT und der dynamische Arc verlangen das geringste Maß an Interaktion für die Optimierung. Die Planungszeit ist daher im Schnitt etwa 30 % kürzer als bei den übrigen Techniken. Dieser Vorteil geht für die IMRT jedoch aufgrund des erhöhten Qualitätssicherungsaufwands (QS) wieder verloren. Es kann abgeschätzt werden, dass die QS etwa die gleiche Beschleunigerzeit wie eine Patientenbehandlung benötigt (15-20 min). Zusätzlich müssen 20 bis 30 Minuten für die Auswertungen dieser Messungen aufgewandt werden.

4.4  Diskussion der Bestrahlungstechniken für Kopf-Hals-Behandlungen

Die Patienten, die für die Kopf-Hals-Untersuchung zur Verfügung standen, haben alle gemeinsam, dass das Zielvolumen sehr irregulär und gleichzeitig sehr nahe an Risikostrukturen gelegen war. Diese beiden Tatsachen sind die wichtigsten Gründe, dass die Stereotaxie als Behandlungsmethode ausgewählt wurde. Die Untersuchungen aus Abschnitt 3.2 zeigen, dass die mMLCs Vorteile gegenüber den MLCs und den Rundkollimatoren haben. Für den Planvergleich wurden deshalb Pläne mit den regulären MLCs und Rundkollimatoren nicht berücksichtigt. Ebenso wurde der 1.7mm-mMLC nicht in den Vergleich aufgenommen, da die maximale Feldgröße nicht ausreichend ist. Der Kopf-Hals-Vergleich beschränkt sich also auf Pläne mit dem 3mm-mMLC. Die untersuchten Techniken waren im einzelnen: konformale Stehfelder, konformale und dynamische Pendeltechniken (Arcs) und IMRT. Bei den Kopf-Untersuchungen hatte sich außerdem angedeutet, dass der dynamische Arc und die IMRT bei steigender Komplexität Vorteile gegenüber den anderen Techniken entwickeln. Da die Kopf-Hals-Tumore überwiegend in die Gruppen B und C passen, wurde erwartet, dass sich diese Erfahrungen aus den Kopf-Untersuchungen wieder zeigen. Bei den größeren und sehr stark irregulären Tumoren im Kopf-Hals-Bereich, die sich zusätzlich in der Regel nahe bei Risikostrukturen befinden, zeigte die IMRT - allerdings unter Einbußen in der Homogenität - tatsächlich ihre Vorzüge. Besonders die Möglichkeit, die Dosisverteilung im Zielvolumen durch das Einstrahlen durch ein Risikoorgan zu verbessern, ohne dabei Risiken zu erhöhen, zeigt sich nun als enormer Vorteil, den die anderen Techniken nur bedingt aufweisen. Zahlreiche Veröffentlichungen haben auf diesen Vorteil hingewiesen [Preiser 1998, Pirzkall 2000, Xia 2000]. Der Fokus dieser Vergleiche lag jedoch auf Stehfeldtechniken oder Arcs. Vernachlässigt wurde dort ein Vergleich mit konformalen und insbesondere dynamischen Arcs. Durch die Optimierungsmöglichkeiten der Planungssoftware ist es möglich individuelle Feldoptimierung vorzunehmen und eine vorwärtsgeplante Form der IMRT mit den dynamischen Arcs umzusetzen. Der geringe Planungsaufwand und auch die einfache Qualitätssicherung der Bestrahlung erweisen sich in der klinischen Routine als große Vorteile dieser Technik, wie es sich auch schon bei den Kopf-Untersuchungen gezeigt hatte. Auch bei der IMRT scheinen die Ergebnisse der Planvergleichstudie, wie im Kopf, in ausgewählten Fällen den erhöhten Qualitätssichungsaufwand der IMRT zu rechtfertigen. Dies gilt insbesondere bei großen Feldern oder wenn der Einsatz der dynamischen Pendeltechnik nicht möglich ist.

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Auf eine Unterteilung in Gruppen wurde bei den zehn untersuchten Patienten der Kopf-Hals-Fixierung verzichtet, da die vorliegenden Feldformen überwiegend in die Gruppe C und nur wenige in die Gruppe B einzuordnen gewesen wären. Die Ergebnisse zeigen, dass tatsächlich der Vergleich mit der Gruppe C teilweise jedoch auch mit der Gruppe B, die beste Übereinstimmung bringt. Im Gegensatz zu den Kopfuntersuchungen zeigt sich bei der Kopf-Hals-Studie die Überlegenheit der dynamischen Techniken in allen Bereichen. Die konformale Stehfeldtechnik hat aufgrund der komplexen Tumorformen Schwächen beim Dosisgradienten. Während die dynamischen Techniken hier gute Werte aufweisen. Auffällig sind die Probleme der Pendeltechniken bei der Tumorumschließenden (im Durchschnitt 86,6 % für den konformalen Arc und 86,7 % für den dynamischen Arc).

4.5  Abschließende Diskussion

Die aus der Arbeit gewonnenen Ergebnisse zeigen die Komplexität der Anforderungen in der stereotaktischen Strahlentherapie. Viele Faktoren und Unbekannte müssen bei Änderung oder Neueinführung von Bestrahlungstechniken und -protokollen berücksichtigt und abgeschätzt werden, um eine Gefährdung des Patienten zu minimieren und gleichzeitig eine erfolgreiche Therapie in Vereinbarung mit den Strahlenschutzverordnungen zu gewährleisten. Die Abweichung von bisher etablierten Protokollen und Therapiekonzepten bedeutet immer, dass die Anzahl der Unbekannten zunächst ansteigt. Dadurch liegt zu Beginn ein potentiell erhöhtes Risiko vor. Dies wird dadurch verstärkt, dass die Beteiligten noch nicht mit der Vorgehensweise vertraut sind. Außerdem werden die Verfahrensstandards und Abläufe in der Klinik noch weiter optimiert. Durch die langen Kontrollzeiten in der Strahlentherapie zeigen sich Erfolge oder Risiken neuer Entwicklungen und Bestrahlungsprotokolle erst nach langer Verzögerung. Dies ist ein weiterer Grund für die zurückhaltende Etablierung neuer Methoden. Bei der Erfassung des Therapieerfolges sollte ein Nachbeobachtungszeitraum von mindestens zwei Jahren berücksichtigt werden, um eine realistische Einschätzung von akuten Nebenwirkungen und Spätfolgen geben zu können.

Die Wahl von Gantry- und Tischwinkel für die verschiedenen Behandlungsmöglichkeiten ist durch die physikalischen Grenzen der Behandlungsgeräte eingeschränkt. Nicht jede Tisch-Ganty-Kombination, die für den Patienten optimal wäre kann auch tatsächlich im Bestrahlungsraum umgesetzt werden. In vielen Fällen werden durch non-koplanare Tischwinkel Einstrahlwege und damit die Belastung von Normalgewebe reduziert. Dies gilt insbesondere bei extrakraniellen Behandlungen, da durch die anatomische Lage des Zielvolumens bei koplanaren Behandlungen häufig sehr lange Einstrahlwege vorliegen. Aufgrund dieser beiden Effekte sind die tatsächlich zur Verfügung stehenden Behandlungsmethoden sehr stark eingeschränkt. In der Literatur werden solche Vergleiche für nicht-stereotaktische Techniken ausgiebig diskutiert. Deshalb wurde auf den Vergleich der Bestrahlungstechniken für den Körperstamm verzichtet.

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Die Untersuchung zeigt, dass durch den Vergleich von Bestrahlungsplänen Aussagen über die Anwendung der Stereotaxie in der extrakraniellen Strahlentherapie gemacht werden können, wenn gleichzeitig die anderen wesentlichen Aspekte der Strahlentherapie, Fixierung, Positionierung und Dosisalgorithmus evaluiert werden.

Um die klinische Anwendbarkeit und mögliche Probleme der neuen Methoden zu evaluieren, wurde bei der Umsetzung auf Praxisnähe Wert gelegt. Eine kontinuierliche Rückmeldung von Erfolgen oder Problemen wurde realisiert und die tatsächliche Anwendbarkeit der Methoden floss bei der Beurteilung mit ein. Dieses ist in den einzelnen Abschnitten der Diskussion durchgeführt worden.

Abschließend ist zu sagen, dass die Anwendung der Stereotaxie außerhalb des Kopfes durch die Ergebnisse dieser Studie befürwortet und unterstützt wird. Einige weitere Untersuchungen zum Beispiel für weitere Dosisalgorithmen oder ein Planvergleich für den Körperstamm würden sicherlich eine solche Empfehlung weiter untermauern. Die aber schon jetzt vorliegenden Daten zeigen ein so eindeutiges Bild, dass auf solche Messungen für die Verwendung der Stereotaxie im Körperstamm nicht gewartet werden muss.


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15.09.2006