Methodische und vorklinische Untersuchungen zum Einfluss der Tumorbeweglichkeit auf die 4D-Dosisverteilung in der Strahlentherapie

Richter, Anne GND

The aim of the work was to investigate the influence of tumour motion on the accumulated (absorbed) dose. The tumour motion was assessed for different entities and at different time periods during the treatment. The accumulated dose was determined by means of calculations and measurements. The largest tumour motion amplitudes were determined for patients with small pulmonary lesions in the inferior part of the lung during breathing. An intrafractional variation of amplitudes and tumour mean position was observed for these patients. Interfractional changes of the tumour volume or the surrounding organs affected the position of organs. The influence of lung tumour motion motion on the accumulated dose was calculated employing two methods (model based and voxel based method). Tumour motion resulted in a blurring of steep dose gradients and a reduction of dose at the periphery of the target. A systematic variation of motion parameters allowed the determination of main influence parameters on the accumulated dose. The key parameters with the largest influence on dose are amplitude and pattern of motion and steepness of the (planned) dose gradient. Investigations on necessary safety margins to compensate the dose reduction have shown that smaller safety margins are sufficient, if the developed OPT concept (with optimized treatment margins) is used instead of the Internal Target Volume (ITV) concept. Different motion scenarios and compensation techniques were realized in a phantom study to investigate the influence of motion on image acquisition, dose calculation and dose measurement. Both methods for dose calculation offer a good approximation of the measured dose but the voxel based method showed better agreement with the measured dose.

Das Ziel der Arbeit bestand darin, die Folgen der Tumorbeweglichkeit auf die akkumulierte Energiedosis zu untersuchen. Dazu wurde die Tumorbeweglichkeit für unterschiedliche Entitäten und zu verschiedenen Zeitpunkten im Behandlungszeitraum erfasst und die akkumulierte Dosis basierend auf Patienten- und Phantommodellen rechnerisch und experimentell bestimmt. Die größten Amplituden wurden für die atembedingte Tumorbewegung von Patienten mit kleinvolumigen pulmonalen Läsionen im Lungenunterlappen gemessen. Zudem konnten intrafraktionelle Variationen der Amplitude und Tumormittelposition beobachtet werden. Die interfraktionelle Volumenänderung des Tumors oder der umliegenden Organe beeinflusste die Lage der Organe zueinander.Mit zwei methodischen Ansätzen (modell- und voxelbasierte Methode) konnte die Auswirkung der Bewegung von Lungentumoren auf die akkumulierte Dosis berechnet werden. Die Tumorbewegung bewirkte eine Verwischung von steilen Dosisgradienten und damit eine Reduktion der Dosis am Zielvolumenrand. Durch eine systematische Variation von Bewegungsparametern konnten wesentliche Einflussgrößen auf die akkumulierte Dosis bestimmt werden: Amplitude, Form des Bewegungsmusters und Steilheit des Dosisgradienten. Für die Kompensation dieses bewegungsbedingten Dosisverlusts wurde gezeigt, dass kleinere Sicherheitssäume ausreichen, wenn anstatt des Internal Target Volume (ITV) Konzepts das entwickelte optimierte Zielvolumen (OPT) Konzept angewandt wird.Zusätzlich wurden in einer Phantom¬studie unterschiedliche Bewegungsszenarien und Kompensationstechniken experimentell realisiert, um den Einfluss der Bewegung auf die Bildgebung, Dosisberechnung und -messung zu bestimmen. Die beiden vorgestellten Berechnungsmodelle liefern eine gute Näherung zur Dosismessung, aber die voxelbasierte Dosisakkumulation zeigte eine bessere Übereinstimmung mit der gemessenen Dosis.

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Richter, Anne: Methodische und vorklinische Untersuchungen zum Einfluss der Tumorbeweglichkeit auf die 4D-Dosisverteilung in der Strahlentherapie. 2011.

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