Bestrahlungsplanung - Klinik für Radiologie und Nuklearmedizin
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Bestrahlungsplanung Klinik für Strahlentherapie 23.06.2016 Florian Cremers Klinik für Strahlentherapie Campus Lübeck [email protected] Grundprinzip der Strahlentherapie • Gezieltes Abtöten aller Tumorzellen – Durch Ionisation – Ionisation führt zu DNA-Schäden • Doppelstrangbrüche!!! Röntgenstrahlung (Photon) 1000 / Gy 3000 / Gy 150 / Gy 40 / Gy !!! 200 / Gy 300 / Gy Ionisation → Aufbrechen kovalenter Bindungen Grundprinzip der Strahlentherapie Ionisation der DNA Röntgenstrahlung (Photon) Erzeugung von Doppelstrangbrüchen Reparatur von Doppelstrangbrüchen Lethale Chromosomenaberrationen Zellinaktivierung … Tumorinaktivierung Ionisation Dosis-Effekt Kurven: in vitro und in vivo Murine tumour AT 17 Zellkultur Klone überlebender Zellen nach Bestrahlung Mausmodell Steiler Anstieg der lokalen Kontrolle innerhalb eines kleinen Dosisbereichs 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 Tomotherapie Linearbeschleuniger (Linac) 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) 10 Linear Accelerator Radiation Equipment Basics beam and dose profiles photons: 6 X and 18 X 6X Linear Accelerator Radiation Equipment Basics beam and dose profiles electrons: 6, 9, 12, 16, 20 MeV 6 MeV 3D-konformale Bestrahlung dynamische Keilfilter 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 45°, 60° photon beam feste Blende Feldgröße dynamisch generierter Keil bewegliche Blende beam Profil Linear Accelerator - Wedges Radiation Equipment Basics Wedge filter profile 14 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) 20 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) 23 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 Corrections: • scatter • attenuation (1-8 min total) Fused PET/CT CT PET CT PET Whole-body PET (6-40 min total) Reconstruction: • FORE + OSEM CT PET 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 Nachweis von Metastasen Änderungen des GTV Verkleinerung des GTV Vergrößerung des GTV J. Bradley et al. (2004) : 8/26 (31%) : 2/26 (8%) : 14/24 (58%) : 3/24 (12%) : 11/24 (46%) Eingabe des GTV (Gross Tumor Volume) M. MacManus et al. (2009) Imaging Hypoxia [18F]FAZA PET/CT 60 J. m. Hypopharynx carcinoma, 4h p.i. © S. Ziegler Piert, Grosu et al. Ziel der physikalischen Bestrahlungsplanung Individuell angepasster Bestrahlungsplan Aufgabe des Medizinphysikers Dosis an Normalgewebe oder Risikoorgane minimieren Auswahl der optimalen Bestrahlungstechnik Optimierung des Bestrahlungsplan 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 38 Example: Recurrence of a Glioblastoma Planevaluation (Dosis-Volumen-Histogramm DVH) Dosis-Volumen-Histogramm Volumen [%] 100 Zielvolumen (PTV) Risikoorgan (OAR) 0 0 Dosis [%] 100 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 Treated Volume Target Volume Tumor Tumor OAR OAR Collimator Target Volume How do we get an IMRT plan ? Conventional Planning "Conventional" Planning Treated Volume Target Volume OAR Collimator Target Volume Treated Volume OAR 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 Treated Volume Target Volume OAR Collimator Inverse Planning Target Volume Treated Volume OAR 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) 3D konformal 57 IMRT 58 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
