Julia Ahlswede: Aspekte der Positionierung und Dosisapplikation in der stereotaktisch geführten intra- und extrakranialen Strahlentherapie |
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Aus der Klinik für Strahlentherapie der Medizinischen Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin
Dissertation
Aspekte der Positionierung und Dosisapplikation in der stereotaktisch geführten intra- und extrakranialen Strahlentherapie
Zur Erlangung des akademischen Grades Doctor rerum medicarum (Dr. rer. medic.)
Vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin
Von
Julia
Ahlswede
aus Bremen
Dekan: Prof. Dr. Martin Paul
Gutachter:
1. Prof. Dr. med. V. Budach
2. Prof. Dr. D. Georg
3. Prof. Dr. med. Th. Wendt
Eingereicht: 29. Januar, 2003
Datum der Promotion: 26. September, 2005
Abstract deutsch
Stereotaktische Strahlenchirurgie und -therapie (SRS/SRT) weisen sich durch sehr konformale und hochpräzise Dosisverteilungen aus. Im Kopfbereich ist SRS/SRT eine etablierte Behandlungsmethode. Um diese Technik in anderen Körperregionen anwenden zu können, wurden verschiedene Positionierungs- und Fixierungsmethoden, sowie der Einsatz von 9 verschiedene Bestrahlungstechniken untersucht. Es wurde auch die Genauigkeit von 2 Dosisalgorithmen evaluiert.
Jeweils eine thermoplastische Maske für den Kopf- und den Kopf-Hals-Bereich, sowie ein Doppelvakuumsystem für extrakraniale Regionen wurden untersucht. Die Kopfmaske erreichte im Durchschnitt eine Genauigkeit von 1,8mm (Fehler 0,9mm), mit einem Oberkiefersupport auf 0,96mm +/- 0,25mm. Die Kopf-Hals-Maske zeigte mit 0,7mm +/- 0,4mm, dass ihre Verwendung in der SRS/SRT möglich ist. Für die Genauigkeit des Doppelvakuums wurde durchschnittlich 7,0mm +/-3,5mm ermittelt. Relativ zum Vakuumkissen wurde eine Genauigkeit von 1,6mm +/- 1,87mm gemessen. Evaluierungsmethoden waren IR-Marker, die mittels Zahnabdruck am Patienten fixiert wurden und fusionierte Wiederholungs-CTs, in denen die Verschiebung von Landmarken am Positionierungssystem und im Patienten vermessen wurden.
Bei den Bestrahlungstechniken sind 3 Techniken durch gute Ergebnisse aufgefallen. Stehfeldtechnik, dynamischer Arc und IMRT zeigten mit einem 3mm-mMLC hohe Konformität und Homogenität auf. Die ersten beiden Techniken erreichten steile Dosisgradienten, wohingegen die IMRT bei komplexen Zielgebieten und nahen Risikostrukturen auffiel und immer die geforderte 90%-Umschließende erreichte.
Die Verifizierung der Dosisalgorithmen erfolgte anhand von Filmen. 8 Pläne wurden jeweils auf einem Film in Isozentrumsebene abgebildet und ein Vergleich mit der berechneten Dosis von Clarkson- und Pencil-Beam-Algorithmus mit Hilfe der Gamma-Evaluation durchgeführt. Beide Algorithmen sind für die SRS/SRT geeignet, der Pencil-Beam-Algorithmus zusätzlich für die IMRT verwendbar.
Eigene Schlagworte:
Stereotaxie,
Radiotherapie,
Radiochirurgie,
Planvergleich,
intra- und extra-kranielle Strahlentherapie
Abstract English
Stereotactic radiation surgery and therapy (SRS/SRT) are able to deliver conformal and precise dose distributions. For brain lesions SRS/SRT is a well-established technique. Its success increases interest to use it in other areas of the body. For this, evaluation of different patient positioning and treatment techniques, as well as dose algorithms have been performed.
As patient fixation and positioning systems, 2 thermoplastic masks were evaluated for lesions located in the brain and the head and neck. In addition a double vacuum system for extra cranial treatments was used. The precision for the head mask was on average 1,8mm +/- 0,9mm, with an upper jaw support 0,9mm +/- 0,25mm. The head and neck mask realized a reproducibility of 0,7mm +/- 0,4mm and proved its use for SRS/SRT. For extra cranial positioning an average lesion misplacement of 7,0 mm +/-3,5 mm was measured. Relative to the vacuum cushion the accuracy was measured to be 1,6mm +/- 1,9mm. Infrared reflecting marker fixed precisely (+/- 0,6mm) with a dental impression and repeated CTs fused and landmark evaluated were successfully used to evaluate the patient fixation and positioning devices.
3 out of 9 treatment techniques had outstanding results. Static beams, dynamic arcs and IMRT all performed with a 3mm-mMLC showed a high conformity and homogeneity. The first two showed steep dose gradients and the later coped best with complex target shapes, close-by risk organs, and achieving 90% dose coverage.
Verification of 2 algorithms was established with film. 8 plans were irradiated on film at isocenter and compared to calculations with Clarkson and pencil beam algorithm. Final evaluation was done using Gamma evaluation. Both algorithms showed their ability for SRS/SRT. The pencil beam algorithm is also capable of calculating IMRT plans.
Summing the results the finding show that the use of some of the SRS-SRT techniques used for the head may be transferred for the use in extra cranial areas.
Keywords:
Stereotactic,
radiation therapy,
radiation surgery,
plan evaluation,
intra- und extra cranial radiation therapy
Inhaltsverzeichnis
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1
Einleitung
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2
Materialien und Methoden
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2.1
Vermessung der stereotaktischen Kopfmaske mit und ohne Oberkiefersupport
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2.2
Vermessung der Kopf-Hals-Maske
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2.3
Vermessung des Positionierungssystems für den Körperstamm
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2.4
Vergleich der Dosisalgorithmen
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2.4.1
Clarkson-Algorithmus
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2.4.1.1 Dosisberechnung kreisförmiger Felder mittels Clarkson-Algorithmus
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2.4.1.2 Dosis runder Pendelfelder mittels Clarkson-Algorithmus
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2.4.1.3 Irreguläre Stehfelder mittels Clarkson-Algorithmus
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2.4.2 Pencil-Beam-Algorithmus
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2.4.3 Vergleich der Algorithmen
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2.5
Vergleich verschiedener Bestrahlungstechniken für Kopfbehandlungen
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2.6
Vergleich verschiedener Bestrahlungstechniken für Kopf-Hals-Behandlungen
-
3
Ergebnisse
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3.1
Ergebnisse der Kopfmaskenpositionierung mit und ohne Oberkiefersupport
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3.2
Ergebnisse der Positionierung der Kopf-Hals-Maske
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3.3
Ergebnisse der Vermessung des Positionierungssystems für den Körperstamm
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3.4
Vergleich der verschiedenen Fixierungssysteme
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3.5
Ergebnisse des Vergleichs der Dosisalgorithmen
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3.6
Ergebnisse des Planvergleichs für Kopfbehandlungen
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3.7 Ergebnisse des Planvergleichs für Kopf-Hals-Behandlungen
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4 Diskussion
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4.1
Diskussion der Positionierungssysteme
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4.2
Diskussion der Dosisalgorithmen
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4.3
Diskussion der Bestrahlungstechniken für Kopfbehandlungen
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4.4
Diskussion der Bestrahlungstechniken für Kopf-Hals-Behandlungen
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4.5
Abschließende Diskussion
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5
Zusammenfassung
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6 Literatur
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7 Danksagung
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8 Eidesstattliche Erklärung
Tabellen
Bilder
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Abbildung 1: Aufgabenfelder der stereotaktischen Strahlentherapie
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Abbildung 2: Darstellung von GTV, CTV und PTV aus axialer, koronaler und sagitaler Ansicht
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Abbildung 3: Mögliche Fehlerquellen bei der Patientenbehandlung
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Abbildung 4: Thermoplastisches Maskensystem für den Kopp
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Abbildung 5: Zahnabdruck mit IR-Markern
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Abbildung 6: Proband in stereotaktischer Maske und Zahnabdruck
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Abbildung 7: Maskenhalterung mit Oberkiefersupport
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Abbildung 8: Kopf-Hals-Maske auf Behandlungstisch
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Abbildung 9: Unfusionierte und fusionierte CT- und MR-Daten
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Abbildung 10: Unfusionierte und fusionierte MR- und PET-Daten
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Abbildung 11: Schematische Darstellung des Repositionierungsverfahrens mit Mehrfach-CTs
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Abbildung 12: Zerlegung des irregulären Feldes in Sektoren
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Abbildung 13: Beispiel für eine Lesion der Gruppe A in axialer, koronaler und saggitaler Ansicht
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Abbildung 14: Beispiel für eine Lesion der Gruppe B in axialer, koronaler und saggitaler Ansicht
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Abbildung 15: Beispiel für eine Lesion der Gruppe C in axialer, koronaler und saggitaler Ansicht
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Abbildung 16: Beispiel für eine Lesion der Gruppe der Kopf-Hals-Maske in axialer, koronaler und saggitaler Ansicht
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Abbildung 17: Positionierung der Probanden ohne Oberkiefersupport – vektoriell; Messungen für sechs Probanden
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Abbildung 18: Positionierung der Probanden mit Oberkiefersupport – vektoriell; Messungen für fünf Probanden
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Abbildung 19: Positionierung der Probanden ohne Oberkiefersupport - in jede Raumrichtung mit zugehörigem Fehler
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Abbildung 20: Positionierung der Probanden mit Oberkiefersupport - in jede Raumrichtung mit zugehörigem Fehler
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Abbildung 21: Positionierung des Zahnabdrucks – vektoriell; Messungen für sechs Probanden
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Abbildung 22: Maximale motivierte Bewegung in der Maske - in jede Raumrichtung für fünf Probanden
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Abbildung 23: Berechnete (CA) und gemessene Dosisverteilung (Film) einer Kopf-Hals-Bestrahlung mit dynamischem Pendel
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Abbildung 24: Darstellung der errechneten Gammawerte aus Abb. 23
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Abbildung 25: Berechnete (PB) und gemessene Dosisverteilung (Film) für die Bestrahlung aus Abb. 23
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Abbildung 26: Darstellung der errechneten Gammawerte aus Abb.25
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Abbildung 27: Berechnete (CA) und gemessene Dosisverteilung (Film) einer Kopf-Bestrahlung mit Stehfeldern
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Abbildung 28: Darstellung der errechneten Gammawerte aus Abb. 27
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Abbildung 29: Berechnete (PB) und gemessene Dosisverteilung (Film) für die Bestrahlung mit Stehfeldern aus Abb. 27
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Abbildung 30: Darstellung der errechneten Gammawerte aus Abb. 29
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Abbildung 31: Übersicht der Indikationen der zwanzig untersuchten Patienten
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Abbildung 32: Anzahl der Felder/Pendel der Bestrahlungstechniken
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Abbildung 33: Konformalität der Bestrahlungstechniken für alle Patienten
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Abbildung 34: Umschließende: maximale Dosis, die 99 % des PTVs umschließt für alle Patienten
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Abbildung 35: Homogenität: Dosisvarianz im PTV für alle Patienten
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Abbildung 36: Dosisgradient: Stärke des Dosisabfalls außerhalb des PTVs
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Abbildung 37: Anzahl der Felder/Pendel für die Patienten der Gruppe A
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Abbildung 38: Konformalitätsindex für Patienten der Gruppe A
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Abbildung 39: Umschließende Isodose für die Patienten der Gruppe A
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Abbildung 40: Homogenität: Dosisschwankungen in den PTVs der Gruppe A
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Abbildung 41: Dosisabfall für die Patienten der Gruppe A
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Abbildung 42: Benötigte Anzahl Felder/Pendel für die Gruppe B
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Abbildung 43: Konformalitätsindex für die Gruppe B
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Abbildung 44: Isodose, die 99% des PTVs umschließt für Gruppe B
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Abbildung 45: Ergebnisse der Homogenität der Gruppe B
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Abbildung 46: Ergebnisse des Dosisgradienten für die Gruppe B
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Abbildung 47: Anzahl der Felder/Arcs für die Gruppe C
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Abbildung 48: Konformalitätsindex für die Gruppe C
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Abbildung 49: Ergebnisse der Gruppe C für die umschließende Isodose
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Abbildung 50: Gruppe C: Ergebnisse der Homogenitätsuntersuchung
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Abbildung 51: Ergebnisse des Dosisgradienten der Gruppe C
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Abbildung 52: Konformalität im Vergleich der Untersuchungsgruppen A, B und C, sowie aller Patienten
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Abbildung 53: Vergleich der umschließenden Isodosen für die Gruppen A, B und C, sowie aller untersuchten Patienten
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Abbildung 54: Homogenität im Vergleich der Untersuchungsgruppen A, B und C, sowie aller untersuchten Patienten
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Abbildung 55: Vergleich der Dosisgradienten für die Gruppen A, B und C, sowie aller Patienten
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Abbildung 56: Indikationen der untersuchten Kopf-Hals-Patienten
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Abbildung 57: Feldanzahl für Kopf-Hals-Patienten
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Abbildung 58: Konformitätsindex für die Kopf-Hals-Patienten
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Abbildung 59: Umschließende Isodose für die Kopf-Hals-Patienten
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Abbildung 60: Homogenitätsindex für Kopf-Hals-Patienten
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Abbildung 61: Dosisgradient für Kopf-Hals-Patienten
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DiML DTD Version 4.0 | Zertifizierter Dokumentenserver der Humboldt-Universität zu Berlin | HTML-Version erstellt am: 15.09.2006 |