Zusammenfassung

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Die Strahlentherapie befasst sich mit Behandlung von Krankheiten durch den Einsatz ionisierender Strahlung. Anwendungsgebiete sind die Therapie von gutartigen und malignen, sowie von primären und sekundären Tumoren. Die Tumorart, die Lokalisation, die Krankengeschichte und die Individualität des einzelnen Patient bestimmen die Behandlungsmethoden. Aus medizin-physikalischer Sicht sind neben der Fraktionierung und Dosierung der Bestrahlung insbesondere die Qualität der Patientenpositionierung und die der Dosisapplikation für den Therapieerfolg entscheidend. Besonders wichtig bei der Wahl einer Behandlungsmethode ist die ideale Kombination dieser vielfältigen Faktoren. So bringt zum Beispiel der Einsatz einer hoch präzisen Bestrahlungstechnik dem Patienten nur dann einen Vorteil, wenn auch die Qualität der Repositionierung diesen Anspruch erfüllt. Aus diesem Grund wurden neben dem Vergleich verschiedener Bestrahlungstechniken auch Positionierungssysteme untersucht. Der Schwerpunkt der Untersuchung der Positionierungssysteme lag darin, die Genauigkeit der Systeme für bestimmte Körperregionen zu ermitteln. Es sollte verifiziert werden, welche Potentiale die stereotaktische Strahlentherapie außerhalb seines klassischen Anwendungsgebietes, den Hirnbehandlungen, hat.

Die Untersungen zeigen, dass die Repositionierungsgenauigkeit der thermoplastischen Kopfmaske für die stereotaktisch geführte fraktionierte Strahlentherapie mit im Durchschnitt 1,8 mm (Standardabweichung 0,9 mm) die notwendige Genauigkeit liefert. Durch den Zusatz eines einfachen Oberkiefersupports konnte die Genauigkeit auf durchschnittlich 0,96 mm verbessert werden, insbesondere wurde eine deutliche Reduzierung einzelner großer Fehlpositionierungen erreicht (Stabw. 0,25 mm).

Auch die Ergebnisse der Kopf-Halsmaske zeigen mit 0,7 mm +/- 0,4 mm dass ein Einsatz in der stereotaktisch geführten Radiotherapie sinnvoll ist. Die verwendete Maske ist eine Abwandlung der vorgestellten Kopfmaske mit dem Ziel kaudal gelegene Hirnlesionen und HNO-Indikationen bestrahlen zu können.

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Neben den Maskensystemen, wurde ein System mit einem positionierenden Vakuumkissen und einem fixierenden Vakuum für die Behandlung extrakranialer Zielgebiete evaluiert. Der Einsatz für die SRS und SRT ist möglich (Durchschnitt 1,6 mm +/- 1.87 mm gemessen am Vakuumkissen.) Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass aufgrund der Tumorlage, die Bandbreite der möglichen Fehlpositionierung wesentlich größer ist (7 mm +/-3,5 mm gemessen mit Hautmarkern), als bei den Kopf-Lesionen. Dieser Ansatz eröffnet bei Behandlungen extrakranialer Erkrankungen neue Möglichkeiten um Normalgewebe und Risikostrukturen erfolgreicher zu schonen. Es wurde außerdem gezeigt, dass es gelingen kann durch einfache Zusätze, die kaum Einfluss auf die Bequemlichkeit, die Handhabung und den zeitlichen Aufwand der Behandlung haben, unkontrollierte und zufällige Positionierungsfehler zu minimieren.

Mit den Untersuchungen zur Positionierungsgenauigkeit wurden zwei Validierungssysteme vorgestellt. Ein System verwendet infrarotlicht-reflektierende Marker und zwei IR-Licht emittierende und detektierende Kameras. Die Korrelation zwischen Markern und Probanden wurde mittels eines individuellen Zahnabdruckes des Oberkiefers gewährleistet. Das System, bereits aus der Neurochirurgie bekannt, zeigt seine Stärken in der erreichten Präzision und in der Tatsache, dass Probanden für die Untersuchungen heran gezogen werden können. Als Nachteile erweisen sich, dass es nicht für alle Körperregionen möglich ist eine feste Korrelation zwischen Koordinatensystem und Patienten zu etablieren, sowie die relativ hohen Anschaffungskosten.

Das zweite Verifikationssystem nutzt die für die Diagnostik erzeugten CT-Aufnahmen und medizinisch notwendige Wiederholungs-CTs. Dafür werden die CT-Daten miteinander in Korrelation gebracht (fusioniert) und anschließend anatomische Landmarken und Marker im Positionierungssystem verglichen. Die Abweichungen der Landmarken ergeben die Fehler in der Positionierung. Ein Vorteil dieses Systems liegt darin, dass der Patient selbst das Koordinaten- und Validierungssystem bildet. Die CT-Daten dienen nur der Visualisierung. Nachteil des Systems ist, dass es durch den Einsatz von Röntgenstrahlung als Invasivsystem eingestuft werden muss und deshalb nur Patienten zur Validierung zur Verfügung stehen kann, bei denen die CT-Daten bereits vorliegen.

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Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen ist die Dosisapplikation, die sich wiederum aus zwei Aspekten zusammensetzt, dem Dosisalgorithmus zur Berechnung der zu erwartenden Dosis und der Technik mit der die Dosis an einen Ort gebracht wird.

Die Verifizierung der Dosisalgorithmen erfolgte anhand von Filmvergleichen. Acht Patientenpläne wurden jeweils auf ein kubisches Phantom übertragen. Die resultierende Dosis wurde zunächst mit dem Clarkson-Algorithmus berechnet, anschließend mit dem Pencil-Beam-Algorithmus. Dies wurde für zwei Patienten jeweils mit einer Stehfeldtechnik und einer dynamischen Pendeltechnik durchgeführt. Die acht Pläne wurden auf einem Film in Isozentrumsebene abgebildet und mit den zugehörigen Isodosen und untereinander verglichen. Dazu wurde die Gamma-Evaluation durchgeführt.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Präzision der beiden Algorithmen für die stereotaktische Radiotherapie ausreichend ist. Ein entscheidender Vorteil im Pencil-Beam-Algorithmus liegt darin, dass er für die IMRT verwendet werden kann.

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Der Einfluss der Bestrahlungstechnik auf die Dosisapplikation wurde mittels Planvergleichen untersucht. Bei der Umsetzung eines Behandlungsprotokolls kommt es aus medizin-physikalischer Sicht darauf an, wie gut die vom Arzt verordnete Dosis tatsächlich appliziert werden kann. Für diese Untersuchungen wurden zwei Patientengruppen herangezogen. Zum einen Patienten, die eine stereotaktische Kopfbehandlung erhielten, zum anderen die mit einer stereotaktischen Kopf-Hals-Behandlung. Aus der ersten Gruppe mit über 500 Patienten wurden zwanzig ausgewählt und wiederum in drei Gruppen nach ihrer Tumorform eingeteilt. In der zweiten Gruppe wurden zehn Patienten ausgewählt, eine weitere Unterteilung wurde nicht vorgenommen.

Die untersuchten Behandlungstechniken wiesen ein Bandbreite von einfachen Stehfeldern mit großen Lamellen-Kollimatoren (MLC), über individuell geformte Blöcke und Rundpendel zu den konformalen dynamischen Techniken wie dynamischer Arc und IMRT auf. Insgesamt wurden bei den Kopfbehandlungen sechs Stehfeldtechniken und drei Pendeltechniken untersucht. Die Kopf-Hals-Untersuchungen wurde auf zwei Stehfeld- und zwei Pendeltechniken beschränkt.

Vorteile zeigen sich bei der Verwendung schmalerer MLCs gegenüber breiteren, vor allem bei der Schonung von Normal- und Risikogewebe und beim Dosisgradient. Eine Stehfeldtechnik mit einem 5mm-MLC hat im Durchschnitt einen Dosisgradienten von 0,23 gegenüber einem Wert von 0,31 beim 3mm-mMLC aber auch einem Wert von 0,28 für den 1,7mm-mMLC. Die Homogenität der drei MLCs ist mit um 1,2 hervorragend. Beim Einsatz von Pendeltechniken zeigen sich Unterschiede. Werden Rundkollimatoren verwendet, steigt bei unregelmäßig geformten Zielgebieten die Anzahl der Isozentren von 1 für mMLC-Techniken auf 5,9 und damit Planungs- und Behandlungszeit stark an. Die Anzahl der Isozentren hat einen negativen Einfluss auf die Homogenität, die sich auf über 1,8 verschlechtert. Bei den MLCs werden in der Regel alle Grenzwerte der Planungsparameter unabhängig von der Bestrahlungstechnik erreicht und so ein homogenes Feld erzeugt. Der Konformitätsindex zeigt, dass die Rundkollimatoren mit 2,2 zwar einen leicht höheren Wert haben als die übrigen Techniken, auch weisen die 5mm und 10mm-MLCs mit 2,2 und 2,8 gleiche oder höhere Werte auf. Nach den Richtlinien der RTOG sollte die Konformität Werte zwischen eins und zwei aufweisen. Werte bis 2,5 werden als hinreichend akzeptiert. Diese Grenzwerte werden vom 10mm-MLC im Gegensatz zu den anderen nicht erfüllt.

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Durch die Einteilung der Patienten in Gruppen konnte festgestellt werden, dass einige Techniken die Grenzwerte nicht einhalten konnten, wenn die Tumorform stark von einer Kugel abwich. Die 3mm-mMLC Stehfeldtechnik, der dynamische Arc oder die IMRT sind nahezu unabhängig von der Form. Die IMRT belegt mit Ausnahme des Dosisgradienten bei allen Gruppen vorderen Plätze. Die andere Technik, die bei den Untersuchungen aufgefallen ist, ist der dynamische Arc. Ihre Vorteile liegen in der geringen Planungszeit, der besonders guten Konformität und der Möglichkeit durch die manuelle Manipulation der Pendelfelder eine vorwärts geplante IMRT zu erzeugen. Die Positionen der Lamellen können einzeln und ohne großen Zeitaufwand optimiert werden. Eine aufwendige Qualitätssicherung, wie sie bei der IMRT notwendig ist, entfällt hier.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die konformalen Bestrahlungstechniken sehr gute Ergebnisse bei den Untersuchungen gezeigt haben. Bei den Stehfeldern zeigten schmalere Lamellen Vorteile insbesondere bei den irregulären Zielvolumina. Es sollte aber auch darauf hingewiesen werden, dass die untersuchten Lesionen im Kopf- bzw. Kopf-Hals-Bereich lagen, sie von daher zu den kleineren Zielvolumina zu zählen sind (1,8 bis 25,6 cm3). Die zeitlich aufwendigsten Techniken sind die IMRT und die Rundpendel. Wenn es möglich ist, die Planung weiter zu automatisieren, indem zum Beispiel Standardpläne automatisch erstellt oder Strukturen konturiert und die Ergebnisse dann noch optimiert werden. Bisher kann es aber noch ein deutlicher Nachteil sein, wenn eine Technik einen hohen Arbeitsaufwand verursacht, wie es im Augenblick bei der IMRT durch die Qualitätssicherung noch der Fall ist.

Von der Automatisierung bestimmter Arbeitsschritte erhofft man sich auch eine Lösung des Problems der Konturierung. Der Therapieerfolg hängt sehr stark von der physikalischen Realisierung einer Dosisverteilung und von der korrekten Einschätzung der Tumorgrenzen und der Wahl des richtigen Bestrahlungsprotokolls ab. Die Medizinphysik kann nur einen verhältnismäßig kleinen Beitrag zur Heilung des Patienten leisten, aber sie kann die möglichen Risiken des Patienten deutlich senken.

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Im Bereich der extrakranialen stereotaktischen Strahlentherapie sind noch große Potentiale erkennbar. Zum Beispiel könnten die beschriebenen Behandlungstechniken mit dem Doppelvakuum weiterentwickelt werden, um sie im klinischen Alltag mit möglichst geringem personellen und zeitlichen Aufwand umzusetzen. In der Etablierungsphase ist der dargestellte Aufwand vertretbar, um evtl. Risiken für den Patienten zu vermeiden, im klinischen Alltag ist ein solcher Aufwand nur in Ausnahmefällen zu rechtfertigen. Um möglichst vielen Patienten diese Technik nutzbar zu machen, muss sie praktikabel sein.


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15.09.2006