Bestrahlungsplanung - Klinik Für Radiologie Und Nuklearmedizin

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01.07.2015 Bestrahlungsplanung Klinik für Strahlentherapie 01.07.2015 Florian Cremers Klinik für Strahlentherapie Campus Lübeck [email protected] Tumorkontrolle versus Strahlenschäden Bild modifiziert nach: Holthusen H: Erfahrungen über die Verträglichkeitsgrenze für Röntgenstrahlen und deren Nutzanwendung. Strahlentherapie 1936; 57:254-269. 1 01.07.2015 Ziel Den Tumor ausreichend mit Dosis versorgen, das andere Gewebe optimal schonen. s. StrlSchV § 81 Abs. 3 Bestrahlung Tomotherapie Tomotherapie Linearbeschleuniger (Linac) TrueBeam 2 01.07.2015 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 3 01.07.2015 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 6X 4 01.07.2015 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 5 01.07.2015 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 6 01.07.2015 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 7 01.07.2015 Patientenlagerung, -immobilisierung Bestrahlungstechnik Grundlagen Planungs-CT Bestrahlungstechnik Grundlagen • 3D- bzw. 4D-Computertomogramm • Grundlage für Bestrahlungsplanung 8 01.07.2015 Computertomographie CT ƒ Tomographie (griech. „tomos“ = Schicht und „graphin“ = schreiben) ƒ 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 9 01.07.2015 Tumorbeweglichkeit Tumorbeweglichkeit Quelle: H. Handels, J. Ehrhardt, R. Werner, Institut für Medizinische Informatik, Universität zu Lübeck 10 01.07.2015 Onkologische Volumina nach ICRU • Tumorvolumen (TV) • Klinisches Zielvolumen (kZV) • Planungszielvo lumen (PZV) 21 Onkologische Volumina 11 01.07.2015 Example: Recurrence of a Glioblastoma CT Example: Recurrence of a Glioblastoma MR 12 01.07.2015 Example: Recurrence of a Glioblastoma CT with GTV and PTV Example: Recurrence of a Glioblastoma Overview 13 01.07.2015 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! 14 01.07.2015 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) 15 01.07.2015 Einfluss des PET/CT • • • • • Änderung des TNM- Stadiums Nachweis von Metastasen Änderungen des GTV Verkleinerung des GTV Vergrößerung des GTV : 8/26 (31%) : 2/26 (8%) : 14/24 (58%) : 3/24 (12%) : 11/24 (46%) J. Bradley et al. (2004) Eingabe des GTV (Gross Tumor Volume) M. MacManus et al. (2009) 16 01.07.2015 Imaging Hypoxia [18F]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“ 17 01.07.2015 Beispiel Mamma-Karzinom Colourwash-Darstellung unterschiedlicher Felder 36 18 01.07.2015 Example: Recurrence of a Glioblastoma Planevaluation (Dosis-Volumen-Histogramm DVH) 19 01.07.2015 Dosis-Volumen-Histogramm Volumen [%] 100 Zielvolumen (PTV) Risikoorgan (OAR) 0 0 Dosis [%] 100 Bronchial Carcinom 3D-konformale Bestrahlung € bronchial carcinoma – treatment planning 20 01.07.2015 Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) Klinische Motivation 21 01.07.2015 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 (Î Rotation IMRT) 22 01.07.2015 Doughnut shaped planning target volume Solution to apply a homogeneous dose distribution Æ IMRT 23 01.07.2015 Konventionelle 3D-CRT vs. IMRT "Classical" Conformation Intensity Modulation Treated Volume Treated Volume Target Volume Tumor Tumor OAR OAR Target Volume Collimator How do we get an IMRT plan ? 24 01.07.2015 Conventional Planning "Conventional" Planning Treated Volume Target Volume OAR Target Volume Treated Volume 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 25 01.07.2015 Konventionelle vs. Inverse Planung "Conventional" Planning Treated Volume Target Volume OAR Inverse Planning Target Volume Treated Volume 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) 26 01.07.2015 IMRT Sequenz Beispiel: Tonsillen-Karzinom  TU + LAW ohne Supra: ƒ 60 Gy (ED 2 Gy)  Supra: ƒ 50 Gy (ED 2 Gy) 27 01.07.2015 3D konformal 55 IMRT 56 28 01.07.2015 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) 29 01.07.2015 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit ! Klinik für Strahlentherapie 30 01.07.2015 Abteilung/Bereich 31