Das Zielvolumenkonzept ICRU(50)

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1 Grundlagen der therapeutischen Anwendung ionisierender Strahlung (Teil 2: Tumorlokalisation, Dosisverteilungen, Verifikation) Jürgen Salk Universitätsklinikum Ulm Klinik für Strahlentherapie Inhalt der Vorlesung (Teil 2) Risikoorgane Methoden der Tumorlokalisation Konventionelle Therapiesimulation Virtuelle Therapiesimulation Dosisverteilungen Mehrfeldtechniken 3D-Konformationstherapie Dokumentation und Verifikation Großfeldtechniken Ganzkörperbestrahlung Die Empfehlungen der International Commission on Radiation Units and Measurement (ICRU) ICRU Report 29 (1978): Dose Specification for Reporting External Beam Therapy with Photons and Electrons ICRU Report 50 (1993): Prescribing, Recording, and Reporting Photon Beam Therapy ICRU Report 62 (1999): Supplement to ICRU Report 50 Tumor Volumen (GTV) Gross Tumor Volume Die (makroskopische) Tumormasse, die palpabel oder sichtbar ist Klinisches Zielvolumen (CTV) Clinical Target Volume Darin eingeschlossen das GTV Mikroskopische Tumoranteile am Rande des GTVs (CTV I) als Absiedlung in z. B. regionale Lymphknoten (CTV II, CTV III etc.) Planungszielvolumen (PTV) Planning Target Volume rein geometrisches Konzept darin eingeschlossen sind das CTV die Beweglichkeit des CTV im Patienten die Bewegung des Patienten die Unsicherheit bei der Reproduzierung der Lagerung von Fraktion zu Fraktion nicht eingeschlossen ist der Halbschatten des Strahlungs-Feldes Treated Volume Das Gewebe (i. d. R. Normalgewebe!), das die therapeutische Dosis erhält (z. B. 95 % der Gesamtdosis) Irradiated Volume Das Normalgewebe, das eine im Vergleich zur seiner Toleranzdosis signifikante Dosis erhält Die Größe ist stark abhängig von der Bestrahlungstechnik (Qualitätskriterium!)

2 Risikoorgane ICRU (50) GTV Treated Volume Risikoorgane sind normale Gewebe, deren Strahlensensibilität die Bestrahlungsplanung und/oder die verordnete Dosis erheblich beeinflussen können. CTV PTV Irradiated Volume Tolerance of Normal Tissue to Therapeutic Irradiation, B. Emami et al. (1991) TD 5/5 und TD 50/5 Qualitätskriterium Dosisspezifikation ICRU (50) Der ICRU-Referenzpunkt Die Dosis in diesem Punkt sollte klinisch relevant und repräsentativ für die Dosis im PTV sein. Der Punkt sollte einfach, klar und unzweideutig definiert sein. Der Punkt sollte so gewählt sein, das die Dosis physikalisch exakt bestimmt werden kann. Der Punkte sollte sich in einer Region befinden, in der es keinen steilen Dosisabfall (Dosisgradienten) gibt. Dosisspezifikation ICRU (50) Empfehlungen für den ICRU-Referenzpunkt Das Isozentrum (bei Mehrfeldertechniken) Ein Punkt im zentralen Bereich des PTV Ein Punkt auf dem Zentralstrahl eines der Bestrahlungsfelder oder dicht daneben Homogenität der Dosis im PTV Minimum: 95% der Referenzdosis Maximum: 107% der Referenzdosis Methoden zur Tumorlokalisation und Bestrahlungsplanung Konventionelle Simulation Konventionelle Simulation Therapiesimulator Durchleuchtung mittels Röntgenstrahlung Virtuelle Simulation Computertomographie Digital rekonstruierte Röntgenbilder () Simulator Patient Durchleuchtung

3 Virtuelle Simulation Virtuelle Simulation CT axial Die Virtuelle Simulation bei der Bestrahlungsplanung ersetzt die reale Simulatormaschine durch einen virtuellen Simulator, indem - anstelle des Patienten selbst - die CT Daten des Patienten verwendet werden. (aus: Computer Graphics Forum Volume 19, Issue 3, Collaborative Virtual Simulation Environment for Radiotherapy Treatment Planning, G. Sakas et al.) Orthogonale Rekonstr. 3D-Rekonstr. Tumorlokalisation im CT Konventionelle vs. Virtuelle Simulation PTV Konventionelle Simulation 2D Information mit PTV, Feldgrenzen u. MLC 3D Information Tumorlokalisation mittels PET-CT Tumorlokalisation mit MRT und CT (gegenwärtig in Entwicklung) Image Fusion CT MRT Bild PET CT Bild PET-CT

4 Tumorlokalisation mittels PET-CT (gegenwärtig in Entwicklung) Therapiesimulator 3D Sagital Therapiesimulator Geometrische Feldparameter: nach anatomischen Kriterien Einzelfeldbestrahlung Tiefendosisverteilungen Dosisverteilungen: Patient als homogener, wasseräquivalenter Kasten Keine individuelle Dosisberechnung oder -optimierung Standardisierte Dosisverteilungen aus Tiefendosen Gegenfeldbestrahlungen Gegenfeldbestrahlungen Dosisverlauf entlang Zentralstrahl Dosismaximum

5 Das Modell Mensch Berechnung von Dosisverteilungen in CT-Schnitten Reduktion des Menschen auf die Dichte der Elektronen im Gewebe Hounsfield-Einheiten: H = 1000 (µ/µ 0 1) µ 0 : linearer Schwächungskoeffizient für Wasser H = 0 für Wasser Berücksichtigung von Körperform und Gewebeinhomogenitäten Einzelfeldbestrahlung Gesamte (Soll-)Dosis im Ref.-Punkt durch ein Feld Gegenfeldbestrahlung Gewichtung: 50% : 50% Dosismaximum ca. 109 % Dosismaximum (ca. 160 %) (im Normalgewebe!) inhomogene Dosis im PTV Min.: ca. 96 % Max.: ca. 129 % (im Normalgewebe!) Homogene Dosis im PTV Min.: ca. 96 % Max.: ca. 104 % Großes Treated Volume Mehrfelderbestrahlung Gewichtung: 25% : 25% : 25% : 25% Dosismaximum ca. 102 % (im Tumorgewebe!) 0 3D-Konformationsbestrahlung 90 Multileaf-Kollimator Tumorkonforme Felder Homogene Dosis im PTV Min.: ca. 96 % Max.: ca. 102 % Treated Volume PTV

6 3D-Konformationsbestrahlung 3D-Konformationsbestrahlung 95% Isodose koronal Blöcke sagital 3D Rekonstruktion Multileaf-Kollimator (MLC) Felddokumentation und -verifikation Felddokumentation und -verifikation Elektronisches Portal Imaging System (EPID) a-si Detektor 30 x 40 cm2 512 x 384 Pixel Verifikationsaufnahme Großfeldtechniken Felddokumentation und -verifikation ap beam: prone position pa beam: supine position Treatment Room TBI PV XL SSD = 5.10 m Treatment Room Clinac 600C Verifikationsaufnahme Treatment Room Clinac 2300 C/D

7 Großfeldtechniken Großfeldtechniken Clinac ready for Beam On Patient prepared for treatment in supine position, radioopaque markers on anterior skin PortalVision XL in operating position Gantry rotated Couch retracted TBI Accessory TBI Flatness Filter Großfeldtechniken Digitally Reconstructed Radiograph Electronic Portal Image