Simulation und Beurteilung des Einflusses der Atmung auf thorakale Dosisverteilungen für unterschiedliche Bestrahlungstechniken unter Verwendung von 4D Datensätzen

Um im Rahmen einer Strahlentherapie das Potential hoch-konformaler Bestrahlungstechniken ausreizen zu können, ist eine präzise Kenntnis der Lage und Form der anatomischen und pathologischen Strukturen erforderlich. Die Planung einer Bestrahlung beruht jedoch in der Regel auf einem 3D-CT des Patienten. Folglich werden etwaige Bewegungen von anatomischen und pathologischen Strukturen nicht abgebildet, wodurch Unsicherheiten hinsichtlich Form und Lage der Strukturen entstehen. Diese werden im Allgemeinen durch Einführung populationsgestützter Sicherheitssäume berücksichtigt (Abb. 1), was sich in verschiedener Weise als problematisch erweist: Zunächst können die Sicherheitssäume für den individuellen Patienten zu groß oder aber zu gering gewählt sein. Zu große Sicherheitssäume bedingen eine unnötig starke Belastung gesunden Gewebes und somit ein erhöhtes Risiko von unerwünschten Komplikationen durch die Strahlentherapie. Zu geringe Sicherheitssäume führen andererseits zu einer reduzierten lokalen Tumorkontrolle, d.h. geringeren Heilungschancen. Weiterhin besteht für eine intensitätsmodulierte Bestrahlung durch das Zusammenspiel von Segmentierung (Applikation von kleinen Strahlenfeldern mit wenigen Monitoreinheiten) und der Targetbewegung die Gefahr von unerwünschten Cold- oder Hotspots, d.h. von lokalen Regionen mit einer im Vergleich zu der geplanten Dosisverteilung zu hohen bzw. zu geringen Dosis.

Jeweilige Probleme nehmen mit der Bewegungsamplitude zu. Es ist bekannt, dass durch die Atmung Tumor- bzw. Targetbewegungen von einigen Zentimetern auftreten können (Abb. 2). Folglich erscheinen atmungsbedingte Bewegungen als besonders problematisch. In diesem Projekt werden deshalb auf Basis von 4D-CT-Daten von Lungentumorpatienten grundlegende Fragen zu der Problematik von atmungsbedingten Bewegungen bei der Strahlentherapie thorakaler Tumoren untersucht. Ausgangspunkt stellt die Analyse der Atemdynamik dar. Assoziierte Fragestellungen sind hierbei: Welche Bewegungsmuster weisen pathologische und anatomische Strukturen überhaupt auf? Inwieweit decken in der klinischen Routine verwendete Sicherheitssäume diese Bewegungen ab? Lassen sich ggf. angemessenere Sicherheitssaumkonzepte herleiten?

Unter Verwendung verschiedener Sicherheitssaumkonzepte werden dann für unterschiedliche Bestrahlungstechniken (sowohl 3D konformale Bestrahlung als auch intensitätsmodulierte Strahlentherapie) und Patienten die Auswirkungen der Bewegungen auf die applizierte Dosis simuliert. Der Einfluss einer atemgetriggerten Bestrahlung auf die jeweiligen Resultate wird untersucht.

Das Projekt wird durch die Deutsche Krebshilfe finanziell gefördert (DKH-Nr. 107899).

Abb. 1: Planungs-CT und geplante Dosisverteilung sowie die zugrunde liegenden Zielvolumina (Planungszielvolumen PTV und makroskopisches Tumorvolumen GTV) für einen Lungentumorpatienten. Die GTV-PTV-Sicherheitssäume sind bewegungsorientiert gewählt.

Abb. 2: Atmungsbedingte Bewegungen, aufgezeichnet mittels 4D-CT. Der zu bestrahlende Lungentumor ist rot hervorgehoben.

Ausgewählte Publikationen:

  1. René Werner, Jan Ehrhardt, Alexander Schmidt-Richberg, Bernd Bodmann, Florian Cremers, Heinz Handels
    Dose Accumulation based on Optimized Motion Field Estimation using Non-Linear Registration in Thoracic 4D CT Image Data
    In: Dössel O., Schlegel W.C. World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, WC 2009, Springer Verlag, Berlin, IFBME Proceedings 25/IV, 950-953, 2009.
  2. R. Werner, F. Fehlauer, J. Ehrhardt, D. Albers, F. Cremers, R. Schmidt, H. Handels: Impact of Breathing Phase on Thoracic Dose Distribution - an IMRT Treatment Planning Study using 4D CT Image Data. 9th Biennial ESTRO Meeting on Physics and Radiation Technology For Clinical Radiotherapy of the European Society of Therapeutic Radiology, Barcelona, Radiotherapy & Oncology 84(Supplement 1): 153, 2007.

Projektteam:

Dipl.-Inf. Dipl.-Phys. René Werner
Dr. Jan Ehrhardt
Prof. Dr. Heinz Handels

Kooperationspartner:

Dr. rer. nat. Florian Cremers
Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radioonkologie
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

 

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Erstellt am 11. Mai 2010 - 15:24 von Wrage. Zuletzt geändert am 24. Januar 2012 - 17:13 von Kulbe.

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