der Vorlesung (Teil 2) Das Zielvolumenkonzept Das

Grundlagen der therapeutischen Anwendung
ionisierender Strahlung
(Teil 2: Tumorlokalisation, Dosisverteilungen, Verifikation)
Inhalt der Vorlesung (Teil 2)
• Das Zielvolumenkonzept
• Risikoorgane
• Methoden der Tumorlokalisation
– Konventionelle Therapiesimulation
– Virtuelle Therapiesimulation
• Dosisverteilungen
Jürgen Salk
Universitätsklinikum Ulm
Klinik für Strahlentherapie
– Mehrfeldtechniken
– 3D-Konformationstherapie
• Dokumentation und Verifikation
• Großfeldtechniken
– Ganzkörperbestrahlung
Das Zielvolumenkonzept
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
Das Zielvolumenkonzept
ICRU(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 Zielvolumenkonzept
ICRU(50)
• Planungszielvolumen (PTV)
– „Planning Target Volume“
– rein geometrisches Konzept
Das Zielvolumenkonzept
ICRU(50)
• Treated Volume
– Das Gewebe (i. d. R. Normalgewebe!), das die
„therapeutische Dosis“ erhält (z. B. 95 % der
Gesamtdosis)
– 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
• Irradiated Volume
– Das Normalgewebe, das eine im Vergleich zur
seiner Toleranzdosis signifikante Dosis erhält
⇒ Die Größe ist stark abhängig von der
Bestrahlungstechnik (Qualitätskriterium!)
Das Zielvolumenkonzept
ICRU(50)
Risikoorgane
ICRU (50)
Treated
Volume
GTV
CTV
Irradiated
Volume
PTV
„Risikoorgane sind normale Gewebe, deren
Strahlensensibilität die Bestrahlungsplanung
und/oder die verordnete Dosis erheblich
beeinflussen können.“
„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 (DRR)
Simulator
Patient
Durchleuchtung
Virtuelle Simulation
Virtuelle Simulation
CT axial
DRR
„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
DRR 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
Tumorlokalisation mittels PET-CT
Therapiesimulator
(gegenwärtig in Entwicklung)
3D
DRR
Sagital
Einzelfeldbestrahlung
Therapiesimulator
Tiefendosisverteilungen
Quelle
Geometrische Feldparameter:
• nach anatomischen Kriterien
Dosisverteilungen:
• Patient als homogener, wasseräquivalenter Kasten
• Keine individuelle Dosisberechnung oder -optimierung
• Standardisierte Dosisverteilungen aus Tiefendosen
Gegenfeldbestrahlungen
Dosisverlauf entlang Zentralstrahl
Gegenfeldbestrahlungen
Quelle
Quelle
Dosismaximum
Quelle
Quelle
Berechnung von Dosisverteilungen
in CT-Schnitten
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
Berücksichtigung von Körperform und Gewebeinhomogenitäten
Gegenfeldbestrahlung
Einzelfeldbestrahlung
Gewichtung: 50% : 50%
Gesamte (Soll-)Dosis im Ref.-Punkt durch ein Feld
• Dosismaximum ca. 109 %
• Dosismaximum (ca. 160 %)
(im Normalgewebe!)
(im Normalgewebe!)
• Homogene Dosis im PTV
Min.: ca. 96 %
Max.: ca. 104 %
• inhomogene Dosis im PTV
Min.: ca. 96 %
Max.: ca. 129 %
• Großes „Treated Volume“
3D-Konformationsbestrahlung
Mehrfelderbestrahlung
Gewichtung: 25% : 25% : 25% : 25%
0°
90°
• Multileaf-Kollimator
• Dosismaximum ca. 102 %
• Tumorkonforme Felder
(im Tumorgewebe!)
• Homogene Dosis im PTV
Min.: ca. 96 %
Max.: ca. 102 %
• „Treated Volume“ ≈ PTV
180°
270°
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
DRR
Großfeldtechniken
Felddokumentation und -verifikation
Ganzkörperbestrahlung (TBI)
ap beam: prone position
pa beam: supine position
Treatment Room TBI
PV XL
SSD = 5.10 m
Treatment Room
Clinac 600C
DRR
Verifikationsaufnahme
Treatment Room
Clinac 2300 C/D
Großfeldtechniken
Großfeldtechniken
Ganzkörperbestrahlung (TBI)
Ganzkörperbestrahlung (TBI)
Clinac ready for
Beam On
• Gantry rotated
• Couch retracted
Patient prepared for
treatment in supine
position, radioopaque
markers on anterior skin
• TBI Accessory
PortalVision XL in
operating position
Großfeldtechniken
Ganzkörperbestrahlung (TBI)
Digitally Reconstructed
Radiograph
Electronic Portal Image
• TBI Flatness Filter