Grundlagen der therapeutischen Anwendungionisierender Strahlung

(Teil 2: Tumorlokalisation, Dosisverteilungen, Verifikation)

Jürgen SalkUniversitätsklinikum Ulm

Klinik für Strahlentherapie

Inhalt der Vorlesung (Teil 2)� Das Zielvolumenkonzept� Risikoorgane� Methoden der Tumorlokalisation

� Konventionelle Therapiesimulation� Virtuelle Therapiesimulation

� Dosisverteilungen� Mehrfeldtechniken� 3D-Konformationstherapie

� Dokumentation und Verifikation� Großfeldtechniken

� Ganzkörperbestrahlung

Das Zielvolumenkonzept

Die Empfehlungen der�International Commission on Radiation Units andMeasurement (ICRU)�

� ICRU Report 29 (1978):�Dose Specification for Reporting External Beam Therapy withPhotons and Electrons�

� ICRU Report 50 (1993):�Prescribing, Recording, and Reporting Photon Beam Therapy�

� ICRU Report 62 (1999):Supplement to ICRU Report 50

Das ZielvolumenkonzeptICRU(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.)

Das ZielvolumenkonzeptICRU(50)

� 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

Das ZielvolumenkonzeptICRU(50)

� Treated Volume� Das Gewebe (i. d. R. Normalgewebe!), das die

�therapeutische Dosis� erhält (z. B. 95 % derGesamtdosis)

� Irradiated Volume� Das Normalgewebe, das eine im Vergleich zur

seiner Toleranzdosis signifikante Dosis erhält

⇒ Die Größe ist stark abhängig von derBestrahlungstechnik (Qualitätskriterium!)

Das ZielvolumenkonzeptICRU(50)

GTV

CTV

PTV IrradiatedVolume

TreatedVolume

RisikoorganeICRU (50)

�Risikoorgane sind normale Gewebe, derenStrahlensensibilität die Bestrahlungsplanungund/oder die verordnete Dosis erheblichbeeinflussen können.�

�Tolerance of Normal Tissue to TherapeuticIrradiation�, B. Emami et al. (1991)

⇒ TD 5/5 und TD 50/5⇒ Qualitätskriterium

DosisspezifikationICRU (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.

DosisspezifikationICRU (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 Tumorlokalisationund Bestrahlungsplanung

� Konventionelle Simulation� Therapiesimulator� Durchleuchtung mittels Röntgenstrahlung

� Virtuelle Simulation� Computertomographie� Digital rekonstruierte Röntgenbilder (DRR)

Konventionelle Simulation

Simulator

Durchleuchtung

Patient

Virtuelle Simulation

�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.)

Virtuelle Simulation

DRRCT axial

3D-Rekonstr. OrthogonaleRekonstr.

Tumorlokalisation im CT

2D Information3D Information

PTV

Konventionelle vs. Virtuelle Simulation

DRR mit PTV, Feldgrenzen u. MLCKonventionelle Simulation

Tumorlokalisation mit MRT und CT

MRT Bild CT Bild

�Image Fusion�

Tumorlokalisation mittels PET-CT(gegenwärtig in Entwicklung)

CT PET

PET-CT

Tumorlokalisation mittels PET-CT(gegenwärtig in Entwicklung)

Therapiesimulator

Sagital

3DDRR

Therapiesimulator

Geometrische Feldparameter:

� nach anatomischen Kriterien

Dosisverteilungen:

� Patient als homogener, wasseräquivalenter Kasten

� Keine individuelle Dosisberechnung oder -optimierung

� Standardisierte Dosisverteilungen aus Tiefendosen

Einzelfeldbestrahlung

QuelleTiefendosisverteilungen

GegenfeldbestrahlungenDosisverlauf entlang Zentralstrahl Quelle

Quelle

GegenfeldbestrahlungenDosismaximum Quelle

Quelle

Das Modell �Mensch�

⇒ Reduktion des Menschen auf die Dichte der Elektronen im Gewebe

Hounsfield-Einheiten:

H = 1000 (µ/µ0 �1)

µ0 : linearer Schwächungskoeffizient für Wasser

⇒ H = 0 für Wasser

Berechnung von Dosisverteilungenin CT-Schnitten

Berücksichtigung von Körperform und Gewebeinhomogenitäten

Einzelfeldbestrahlung

� Dosismaximum (ca. 160 %)

� inhomogene Dosis im PTV

(im Normalgewebe!)

Min.: ca. 96 %Max.: ca. 129 %

Gesamte (Soll-)Dosis im Ref.-Punkt durch ein Feld

Gegenfeldbestrahlung

� Dosismaximum ca. 109 %

� Homogene Dosis im PTV

� Großes �Treated Volume�

Min.: ca. 96 %Max.: ca. 104 %

(im Normalgewebe!)

Gewichtung: 50% : 50%

MehrfelderbestrahlungGewichtung: 25% : 25% : 25% : 25%

� Dosismaximum ca. 102 %

� Homogene Dosis im PTV

� �Treated Volume� ≈ PTV

Min.: ca. 96 %Max.: ca. 102 %

(im Tumorgewebe!)

3D-Konformationsbestrahlung

� Multileaf-Kollimator

� Tumorkonforme Felder

0°

180°

90°

270°

3D-Konformationsbestrahlung

Blöcke

Multileaf-Kollimator (MLC)

3D-Konformationsbestrahlung

koronal sagital

3D Rekonstruktion

95% Isodose

Felddokumentation und -verifikationElektronisches �Portal Imaging� System (EPID)

a-Si Detektor30 x 40 cm2 512 x 384 Pixel

Felddokumentation und -verifikation

DRR Verifikationsaufnahme

Felddokumentation und -verifikation

DRR Verifikationsaufnahme

Großfeldtechniken

PV XL

Treatment Room TBI

SSD = 5.10 m

ap beam: prone positionpa beam: supine position

Treatment RoomClinac 600C

Treatment RoomClinac 2300 C/D

Ganzkörperbestrahlung (TBI)

GroßfeldtechnikenGanzkörperbestrahlung (TBI)

Patient prepared fortreatment in supine

position, radioopaquemarkers on anterior skin

PortalVision XL inoperating position

GroßfeldtechnikenGanzkörperbestrahlung (TBI)

Clinac ready forBeam On

� Gantry rotated

� Couch retracted

� TBI Accessory

� TBI Flatness Filter

GroßfeldtechnikenGanzkörperbestrahlung (TBI)

Digitally ReconstructedRadiograph Electronic Portal Image