Bestrahlungsplanung Florian Cremers Klinik für Strahlentherapie Campus Lübeck florian.cremers@uksh.de Klinik für Strahlentherapie 01.07.2015 Tumorkontrolle versus Strahlenschäden Bild modifiziert nach: Holthusen H: Erfahrungen über die Verträglichkeitsgrenze für Röntgenstrahlen und deren Nutzanwendung. Strahlentherapie 1936; 57:254-269.
Ziel Den Tumor ausreichend mit Dosis versorgen, das andere Gewebe optimal schonen. s. StrlSchV 81 Abs. 3 Bestrahlung Tomotherapie Linearbeschleuniger (Linac) Tomotherapie TrueBeam
Linearbeschleuniger Bestrahlungstechnik Grundlagen Linearbeschleuniger CLINAC 2100 DHX (clinical linear accelerator) verschiedene Strahlenarten und Energien Photonen: 6 MV X und 18 MV X Elektronen: 6 MeV, 9 MeV, 12 MeV, 16 MeV, 20 MeV Linearbeschleuniger - MLC Bestrahlungstechnik Grundlagen Kollimation durch X- und Y- Blende X: crossplane Y: inplane Viel-Lamellen-Kollimator (MultiLeaf Collimator, MLC) 120 Lamellen der MLC passt den Behandlungsstrahl an die individuelle Geometrie an
Linearbeschleuniger - MLC Bestrahlungstechnik Grundlagen Feldgröße: 40 x 40 cm² zentrales 20 cm Feld: 5 mm leaf Breite äußeres 2 x 10 cm Feld: 10 mm leaf Breite (alle Größen im Isozentrum angegeben) 7 Linear Accelerator Radiation Equipment Basics beam and dose profiles photons: 6 X and 18 X 6 X
Linear Accelerator Radiation Equipment Basics beam and dose profiles electrons: 6, 9, 12, 16, 20 MeV 6 MeV Linear Accelerator - Wedges Radiation Equipment Basics static wedges 15, 30, 45, 60 10
Linear Accelerator - Wedges Radiation Equipment Basics Wedge filter profile 11 3D-konformale Bestrahlung dynamische Keilfilter 10, 15, 20, 25, 30, 45, 60 photon beam feste Blende Feldgröße bewegliche Blende beam Profil dynamisch generierter Keil
Patientenlagerung, -immobilisierung Bestrahlungstechnik Grundlagen Bestrahlungstisch (PSA, patient support assembly) vert. Position lat. Position long. Position Rotation Positionierung im Raum mittels Raumlaser (X, Y, Z) Patientenlagerung, -immobilisierung Bestrahlungstechnik Grundlagen
Patientenlagerung, -immobilisierung Bestrahlungstechnik Grundlagen Planungs-CT Bestrahlungstechnik Grundlagen 3D- bzw. 4D-Computertomogramm Grundlage für Bestrahlungsplanung
Computertomographie CT Tomographie (griech. tomos = Schicht und graphin = schreiben) Die CT ist die rechnergestützte Auswertung einer Vielzahl aus verschiedenen Richtungen aufgenommener Röntgenaufnahmen eines Objekts, um ein 2D/3D - Bild zu erzeugen Onkologische Volumina nach ICRU Tumorvolumen (TV) Klinisches Zielvolumen (kzv) 18
Tumorbeweglichkeit Tumorbeweglichkeit Quelle: H. Handels, J. Ehrhardt, R. Werner, Institut für Medizinische Informatik, Universität zu Lübeck
Onkologische Volumina nach ICRU Tumorvolumen (TV) Klinisches Zielvolumen (kzv) Planungszielvo lumen (PZV) 21 Onkologische Volumina
Example: Recurrence of a Glioblastoma CT Example: Recurrence of a Glioblastoma MR
Example: Recurrence of a Glioblastoma CT with GTV and PTV Example: Recurrence of a Glioblastoma Overview
Example: Recurrence of a Glioblastoma 3D view PET-CT Verbindung von einem CT-Scanner und einem PET-Scanner: Dadurch wird die Information der funktionalen Bildgebung des PET direkt mit den morphologischen Informationen des CT Datensatz (Grundlage der Dosisberechnung) fusioniert!
PET/CT scan protocol Spiral CT (1-8 min total) Corrections: scatter attenuation Fused PET/CT CT PET CT Whole-body PET PET (6-40 min total) CT PET Reconstruction: FORE + OSEM University of Pittsburgh Medical Center Tumor/Atelektase Atelektase: Kollabierter Lungenabschnitt, der mit wenig oder gar keiner Luft gefüllt ist (griech.: άτελής unvollständig έκτασις Ausdehnung)
Einfluss des PET/CT Änderung des TNM- Stadiums : 8/26 (31%) Nachweis von Metastasen : 2/26 (8%) Änderungen des GTV : 14/24 (58%) Verkleinerung des GTV : 3/24 (12%) Vergrößerung des GTV : 11/24 (46%) J. Bradley et al. (2004) Eingabe des GTV (Gross Tumor Volume) M. MacManus et al. (2009)
Imaging Hypoxia [ 18 F]FAZA PET/CT 60 J. m. Hypopharynx carcinoma, 4h p.i. Piert, Grosu et al. S. Ziegler Ziel der physikalischen Bestrahlungsplanung Individuell angepasster Bestrahlungsplan Aufgabe des Medizinphysikers Dosis an Normalgewebe oder Risikoorgane minimieren Auswahl der optimalen Bestrahlungstechnik Optimierung des Bestralhunggsplan individuell für jeden Patienten Umschließung des PTV mit 95% bis 107 % der verschriebenen Dosis (ICRU Richtlinie) ALARA Prinzip berücksichtigen!!! As Low As Reasonably Achievable
Beispiel Mamma-Karzinom Colourwash-Darstellung unterschiedlicher Felder 36
Example: Recurrence of a Glioblastoma Planevaluation (Dosis-Volumen-Histogramm DVH)
Dosis-Volumen-Histogramm 100 Volumen [%] Zielvolumen (PTV) Risikoorgan (OAR) 0 0 100 Dosis [%] Bronchial Carcinom 3D-konformale Bestrahlung bronchial carcinoma treatment planning
Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) Klinische Motivation
Warum IMRT? Bestrahlung von Tumoren mit konkaven Einbuchtungen Tumore, die um ein Risikoorgan (organ at risk / OAR) herumwachsen Beispiele für OARs: Rektum (z.b. beim Prostatakarzinom) Rückenmark (z.b. Lymphome) Augen (z.b. Meningeome) First IMRT paper ( Rotation IMRT)
Doughnut shaped planning target volume Solution to apply a homogeneous dose distribution IMRT
Konventionelle 3D-CRT vs. IMRT "Classical" Conformation Intensity Modulation Treated Volume Tumor Target Volume Treated Volume Tumor Target Volume OAR OAR Collimator How do we get an IMRT plan?
Conventional Planning "Conventional" Planning Treated Volume Target Volume Treated Volume Target Volume OAR OAR Collimator Probleme bei der Vorwärtsplanung Zu viele Möglichkeiten und zu wenig Zeit des Planers Geringe Wahrscheinlichkeit den optimalen Bestrahlungsplan durch trial-and-error zu erhalten Wenn ein akzeptabler Plan gefunden wurde keine Garantie, dass es der beste Plan ist keine Präzision im Vergleich zum optimalen Plan Qualität und Erfahrung des Planers spielen eine entscheidende Rolle
Konventionelle vs. Inverse Planung "Conventional" Planning Inverse Planning Treated Volume Target Volume Treated Volume Target Volume OAR OAR Collimator Zusammenfassung inverse Planung Fluenzmodulierte Strahlentherapie (IMRT) verwendet inhomogene Strahlfluenzen aus verschiedene Strahlrichtungen Inverse Planung : Berechnung der Fluenzen, die die gewünschte räumliche Dosisverteilung ergeben Inverse Planung ist ein Optimierungsproblem (lösbar z.b. mit Technik des Simulated Annealing)
IMRT Sequenz Beispiel: Tonsillen-Karzinom TU + LAW ohne Supra: 60 Gy (ED 2 Gy) Supra: 50 Gy (ED 2 Gy)
01.07.2015 3D konformal 55 IMRT 56 28
HNO-Tumor - Nebenwirkungen IMRT - VMAT Xerostomia grade 2-3 100 80 60 % 40 20 0 3D conformal RT IMRT Rades et al., Oral Oncol 2007 Rades et al., STO 2008 Linac-basierte Rotations-IMRT (VMAT)
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Klinik für Strahlentherapie
Abteilung/Bereich