MDCK-MRP2 - Dkfz

Forschungsschwerpunkt E
Innovative Krebsdiagnostik und -therapie
Des weiteren wurde die klinische Version der Planungs-
Plattform KonRad weiter verbessert. Neben der Entwicklung
neuer Zielfunktionen, mit denen eine gezieltere Dosishomogenität
im Tumor erreicht werden kann [4], wurden
die Verwendung weiterer biologischer Parameter, wie die
‚equivalent uniform dose’ (EUD), für die inverse Planung
evaluiert [5,6,7]. Ein weiteres wichtiges Projekt war die
Integration eines äußerst präzisen Dosisalgorithmus in die
iterative Optimierung [8]. Wie in Abb. 1 gezeigt, konnte
damit insbesondere eine deutliche Verbesserung in der
Bestrahlung von Lungentumoren erreicht werden [9]. Zur
Beschleunigung der inversen Therapieplanung wurde zudem
ein neues Verfahren entwickelt, dass auf einem statistischen
Importance-Sampling des Dosiskerns beruht und
damit die Optimierungszeit um ca. einen Faktor 3 reduziert
ohne dabei die klinisch erforderliche Dosisgenauigkeit zu
unterschreiten [10]. Im Bereich der Photonen IMRT wurden
zudem Planungsstudien zur Dosisapplikation mit verschiedenen
Multi-Leaf Kollimatoren (MLK) durchgeführt
[11]. Des weiteren wurde in Zusammenarbeit mit der Fa.
Siemens die Anbindung eines neuen Multi-Leaf Kollimators
mit extrem kleiner Leafbreite an den Linearbeschleunigers
des DKFZ realisiert, so dass auch hochkomplexe Zielvolumina
optimal mit Dosis versorgt werden können [12].
Abb. 1: Links: 3D Dosisverteilung eines Lungentumors bei der
Optimierung mit einem konventionellen Dosisberechnungsalgorithmus
Die 95% Isodose umfasst nicht das gesamte Planungszielvolumen
(PTV). Rechts: Optimierte 3D Dosisverteilung durch
den Einsatz hoch präziser Dosisberechnungsalgorithmen. Die
95% Isodose umschließt nun das ganze Planungszielvolumen und
gewährleistet die Zerstörung des Tumors.
Ein weiterer Schwerpunkt unserer Arbeit ist zur Zeit die
Anwendung des Konzeptes der IMRT auf Bestrahlungen
mit geladenen Teilchen, insbesondere auf die Protonentherapie
(IMPT, intensitätsmodulierte Protonentherapie)
[13]. Die Methoden der inversen Therapieplanung für Pho-
Abteilung E040
Medizinische Physik in der Strahlentherapie
tonen wurden dazu um eine Dimension erweitert, um auch
die Energien der geladenen Teilchen mit zu optimieren [14].
Erste klinische Beispiele für die Optimierung der IMPT wurden
zunächst mit einem einfachen Protonen-Dosisberechnungsalgorithmus
berechnet. Im Berichtszeitraum wurde
ein neuer Dosisalgorithmus für die Protonentherapie entwickelt,
der insbesondere die Dosis beim Auftreten von
Gewebeinhomogenitäten schnelle und präzise bestimmt.
Als Beispiel wird in Abb. 2 gezeigt, wie Dosisfehler von bis
zu 10% beim Auftreten von Lufthöhlen oder Knochen im
Strahlengang mit dem neuen Verfahren vermieden werden
können. Zudem wurde ein Modell zur Berechnung der
physikalischen Dosis eines Kohlenstoffionenstrahls ( 12C) in
das Planungsmodul integriert und zu ersten vergleichenden
Patientenstudien zwischen Photon-IMRT und IMRT
mit Protonen und 12C-Ionen benutzt. Bei der Behandlung
mit Protonen konnte bei gleichbleibender Dosisqualität im
Zielvolumen eine signifikante Reduktion der Dosis in den
Risikoorganen festgestellt werden [17].
Die Anwendung der neuen IMPT Planungsverfahren und
weitere Entwicklungen, z.B. im Hinblick auf biologische Eigenschaften
geladener Teilchen, werden weiter untersucht.
Aufbauend auf einem neuen Verfahren zur Berechnung
3-dimensionaler LET Verteilungen [18] und eines
phänomenologischen Modells zur Beschreibung der relativen
biologischen Wirksamkeit konnten erstmals neueste
IMPT Techniken unter Berücksichtigung dieser biologischen
Aspekte der Teilchentherapie optimiert werden [19].
Weitere im Berichtszeitraum begonnene Untersuchungen
zum Einsatz geladener Teilchen in der Strahlentherapie
befassten sich mit der Evaluierung von Monte-Carlo
Methoden (GEANT4) zur Protonendosisberechnung
sowie der Optimierung intensitätsmodulierter
Elektronenstrahlen zur Behandlung des
Mamma-Karzinoms [20].
Weil schon geringe Abweichungen bei der Applikation
der therapeutischen Strahlung den Erfolg
der Behandlung wesentlich beeinträchtigen können,
ist der Aspekt der Therapieverifikation und
der zeitlichen Adaption des Therapiekonzeptes
ebenso wichtig wie die genaue Berechnung und
Optimierung der Dosisverteilung. Aus diesem Grunde
wurden unsere erfolgreichen Ansätze zur
Therapieverifikation mit dem Ziel erweitert, neue
Strategien zur zeit-adaptierten Strahlentherapie zu entwickeln.
Neben der Realisierung neuer Hardware-Konzepte
zum Patienten-Monitoring, wie z. Bsp. der Integration
einer kV-Röntgenquelle am Therapiebeschleuniger, sollen
die gewonnenen Information über Patientenanatomie und
Abb. 2: Fehlerdarstellung bei der Protonen Dosisberechnung in inhomogenen Medien (Lufteinschluss in 10 - 12 cm Tiefe). Links:
Prozentualer Unterschied in der Energiedosis zwischen 1D Pencil Beam Algorithmus und Monte Carlo Simulation. Es sind deutliche
Abweichung bis zu 10% zu beobachten. Rechts: Bei dem Einsatz der neu entwickelten 2D analytischen Skalierung wird der maximale
Fehler ca. 2-3 % reduziert.
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
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