Programm zur Berechnung der Dosierungsschemata bei

39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
Programm zur Berechnung der Dosierungsschemata bei
kombinierter Tele- und Brachytherapie
Melchert1, Corinna; Melchert2, Uwe; Kovács1, György
1Sektion
2Institut
Interdisziplinäre Brachytherapie - Klinik für Strahlentherapie und
für Neuroradiologie der Universität zu Lübeck, Ratzeburger Allee 160, 23538 Lübeck
Programm zur Berechnung der Dosierungsschemata bei kombinierter Tele- und
Brachytherapie
Einleitung
Patienten werden oftmals bei einer Strahlentherapie sowohl mit Teletherapie als auch mit Brachytherapie
behandelt. Das heißt der Tumor wird anteilig beiden Therapien unterzogen. Hierdurch wird eine optimale
Auslastung des Tumors unter maximaler Schonung des gesunden Gewebes erzielt. Da die biologische Wirkung
dieser beiden unterschiedlichen Strahlenbehandlungen nicht linear ist, müssen die Dosisanteile über das linearquadratische Modell berücksichtigt werden. Es ist nicht möglich die Dosis von verschiedenen
Behandlungsmodalitäten zu addieren, um den kombinierten Effekt zu bestimmen. In dieser Arbeit wird ein
Programm vorgestellt, das es erlaubt, nach erfolgter Teletherapie das Dosierungschema der folgenden
Brachytherapie so zu wählen, dass eine optimale Tumordosis bei gleichzeitiger Begrenzung der Spätschäden
erreicht wird.
Material und Methoden
Der Dosiseffekt auf das Gewebe in Bezug auf die Dosis ist nicht linear, sondern folgt einer linearquadratischen Verteilung, der zellulären Überlebenskurve S = exp-{n ( D +  D²)} mit S = Überlebenszahl der
Zellen, n = Anzahl der Fraktionen, D = Dosis pro Fraktion,  = Parameter, der den anfänglichen Anstieg und  =
Parameter, der die Ausprägung der Schulter der Überlebenskurve beschreibt.
Der Quotient / ist gleich der Dosis D', bei der D' und D'² den gleichen Anteil an der Zelltötung haben.
d.h. in der Überlebenskurve befinden wir uns an der Stelle D' = D'² und damit D' = /. D' erzeugt durch den
linearen Term den gleichen Beitrag zur Zellinaktivierung wie der quadratische. Die Relation / drückt die
Erholungsfähigkeit der Zelle von einem Strahlenschaden aus. Sie beschreibt die Ausprägung der Schulter der
Kurve: / > 1 => kleine Schulter, da der lineare Anteil überwiegt; / < 1 => große Schulter, da der
quadratische Anteil überwiegt. D.h. die Erholungskapazität der Zelle korreliert mit der Ausprägung der Schulter
ihrer Überlebenskurve. Der Quotient / ist spezifisch für ein bestimmtes Organ und drückt seine
Empfindlichkeit auf ionisierende Strahlung aus. Fraktionierung der Strahlendosis bewirkt eine Abnahme des
Gesamteffektes, d.h. eine Ausprägung der Schulter. Die biologisch effektiven Dosis (BED) erhalten wir durch
Normierung des Exponenten der Überlebenskurve, des Effektes E = -n ( D +  D²), auf den vom zeitlichen
Muster der Bestrahlung unabhängigen Wert : BED = -n (D + D²/(/)).
In der Brachytherapie ist die Dosis auf gesundes Gewebe im Allgemeinen geringer als die Dosis auf das
Tumorgewebe. Die Berechnung der BED mit dem linear-quadratischen (LQ-) Modell kann nach Nag und Gupta
[1] vereinfacht werden. Es wird ein Dosismodifikationsfaktor (DMF) eingeführt, der berücksichtigt, dass bei der
Bestrahlung high dose rate (HDR-) Brachytherapie die Wirkung der Dosis auf gesundes Gewebe anders ist als
die Wirkung auf den Tumor. Die Autoren zeigten, dass ein DMF = 0,7 für normales Gewebe gute Ergebnisse
liefert. DMF = 0,7 zeigt an, dass maximal 70% der Tumordosis im gesunden Gewebe wirkt. Zur Berechnung der
Wirkung einer kombinierten Bestrahlung aus HDR-Brachytherapie und Teletherapie kann die biologische
effektive Dosis addiert werden: BEDkombiniert = BEDHDR + BEDTele. Damit gehen folgende Parameter in die
Berechnung des Fraktionierungsschemas für die Brachytherapie nach erfolgter Teletherapie ein.
Gewebeparameter: / = 10 Gy für sofortige Effekte; / = 3 Gy für späte Effekte; DMF = 0,7 ist der
Dosismodifizierungsfaktor für HDR Brachytherapie für normales Gewebe und zeigt an, dass maximal 70% der
Tumordosis im gesunden Gewebe wirken.
Behandlungsparameter: a) perkutane Therapie: Dosis pro Fraktion, Anzahl der Fraktionen; b) Brachytherapie:
Anzahl der Fraktionen.
Das erstellte Programm berechnet dann die Dosis pro Fraktion für die HDR-Brachytherapie.
39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
Ergebnisse
Folgendes Beispiel soll den Gebrauch des Programms demonstrieren: Es wird ein Behandlungsprotokoll
berechnet, in dem der Zervixtumor einer Patientin sowohl mit einer perkutanen Bestrahlung (Teletherapie) als
auch mit einer HDR Brachytherapie behandelt werden soll. Hierzu muss die Dosis pro Fraktion der HDR
Therapie bestimmt werden, so dass eine Tumoräquivalentdosis von 85 Gy appliziert wird. Die Äquivalentdosis
für späte Effekte soll hierbei jedoch unter 75 Gy liegen. Außerdem wird die zulässige Dosis für das Becken,
akkumuliert durch die perkutane Therapie, mit berücksichtigt. Eine praktikable Anzahl von HDR Fraktionen ist
zur Berechnung ebenfalls notwendig. Die Höhe der HDR Dosis pro Fraktion wird so angepasst, dass die
Tumoräquivalentdosis 85 Gy ergibt. Hierbei wird sichergestellt, dass die Dosis der Späteffekte unter 75 Gy
bleibt. Es ist ersichtlich, dass das DMF von 0,7 angemessen ist, damit die Dosis in den kritischen Organen wie
Blase und Rektum etwa 70% der Dosis akkumuliert. Die Dosis, die das Programm für dieses Beispiel berechnet,
liegt innerhalb des klinisch akzeptablen Breiches.
Diskussion
Es wurde ein Programm geschrieben, welches auf einem gewöhnlichen Windows-PC betrieben werden kann.
Die Formel des LQ-Modells wird benutzt, um das BED für die Bestrahlung mit der HDR-Brachytherapie zu
berechnen. Das besondere an dem LQ Modell ist, dass es auf den Bestrahlungseffekt in der DNA basiert.
Dadurch kann es Unterschiede zwischen Tumor und Normalgewebe darstellen. Damit diese Formel im
klinischen Betrieb angewendet werden kann, müssen Werte für den Quotienten / gewählt werden. In unserem
Programm wurde / für den Tumor auf 10 Gy und / für die späte Effekte auf 3 Gy gesetzt.
Da normales Gewebe in der Brachytherapie für gewöhnlich eine kleinere Dosis akkumuliert als der Tumor, ist
die Berücksichtigung des DMF wichtig. Wenn die Äquivalentdosis für späte Effekte berechnet wird, ohne DMF
zu betrachten, kann eine extrem hohe Äquivalentdosis erhalten werden.
Im vorgestellten Beispiel liegen die Dosiswerte des Normalgewebes innerhalb des Toleranzbereiches. Der
berechnete DMF Wert ist eine Abschätzung und ersetzt keine Messung.
Obwohl das gezeigte Beispiel die Brauchbarkeit des Programms zeigt, müssen die Ergebnisse kritisch bewertet
werden. Dieses gilt besonders für Fälle bei denen sehr viele oder sehr wenige Fraktionen gegeben werden sollen.
Literatur
[1]
Nag, Subir and Gupta, Nilendu: A simple method of obtaining equivalent doses for use in HDR
brachytherapy; Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2000; 46(2): 507-513