Dokument: Patienten- und maschinenbezogene Qualitätssicherung bei atemgetriggerten Bestrahlungen von linksseitigen Mamma- und Bronchialkarzinomen

Titel:	Patienten- und maschinenbezogene Qualitätssicherung bei atemgetriggerten Bestrahlungen von linksseitigen Mamma- und Bronchialkarzinomen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=53632
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200707-115557-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schick, Phillip [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 66,11 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 02.07.2020 / geändert 02.07.2020
Beitragende:	Univ. Prof. Dr. med. Budach, Wilfried [Gutachter] Prof. Dr. Heinzel, Thomas [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Im Universitätsklinikum Düsseldorf (UKD) wurde 2017 die atemgetriggerte Bestrahlung eingeführt. Ziel der Dissertation ist die Kommissionierung der Systeme und die Evaluierung der klinischen Einführung. Für die CT-Akquisition wird das Brilliance CT Big Bore Oncology der Firma Philips (Amsterdam, Niederlande) mit einem Respiratory Gating for Scanners module (RGSC) (Varian Medical Systems, Palo Alto, USA) für die Aufnahme der Ateminformation verwendet. Die Bestrahlung wird an einem Truebeam STx mit Novalis Radiochirugie (Varian Medical System und Brainlab, München) System mit einer stereoskopischen Kamera zur Aufnahme der Ateminformation durchgeführt. Für die klinische Kommissionierung der Systeme werden die Spezifikationen der Atemaufnahmen gemessen und mit den Herstellerangaben verglichen. Insgesamt wird festgestellt, dass alle gemessenen Spezifikationen kleiner als die Herstellerangaben waren. Zusätzlich werden Funktionalitätsmessungen durchgeführt. Dafür wird beim RGSC System die Kalibrierung untersucht. Diese ermöglichte eine Messung der vertikalen Reflektorblockposition während einer longitudinalen Verschiebung des CT-Tisches mit einem Basisliniendrift kleiner 1,2 mm. Zusätzlich ergab die Messung an der Truebeam eine zeitliche Genauigkeit für das Ein- und Ausschalten des Strahls kleiner 89 ms. Zur Evaluierung der klinischen Einführung werden Daten von Patienten mit Mammakarzinom MC (N=14) und Bronchialkarzinom BC (N=64) analysiert. Dabei kam heraus, dass die MC-Patientinnen bei der atemgetriggerten Bestrahlung (DIBH Technik) in eine mittlere Atemtiefe von (18,29±3,57) mm und einer mittleren Einatemdauer von (17,67±2,69) s atmeten. Der Vergleich der Einatemtiefen mit dem Abstand von Herz zu Zielvolumen zeigte keine Korrelation, sodass eine Vergrößerung des Abstands von der Anatomie abhängig ist. Die Messung bei den BC-Patienten ergab eine mittlere Atembewegung von (7,87±3,36) mm mit einer Atemperiode von (4,02±1,18) s. Die Auswertung der Atemparameter der einzelnen Patienten zeigte, dass durch die Vorgaben der Hersteller 28,1 % der Patienten nicht für eine atemgetriggerte Bestrahlung geeignet waren. Außerdem wurde festgestellt, dass die detektierten Atembewegungen der 64 Patienten einer in der Literatur vorgestellten Tumorbewegung entsprechen und somit eine Korrelation von Atem- zu Tumorbewegung angenommen werden kann. Zusätzlich ist bei 62 von 64 Patienten eine Bestrahlung in der Exspiration zu empfehlen, da in dieser eine kleinere Standardabweichung der Reflektorblockposition ermittelt wurde. An Beispielpatienten werden unterschiedliche Zuordnungsmethoden sowohl bei der CT-Akquisition als auch bei der atemgetriggerten Bestrahlung gezeigt. Dabei wurden bei beiden Verfahren Artefakte bei nicht-periodischer Atmung festgestellt. Grundsätzlich ist dies bei den amplitudenbasierten Rekonstruktionen geringer. Jedoch werden diese von Basisliniendrifts und -verschiebungen beeinflusst, sodass beide Methoden Vor- bzw. Nachteile haben. Diese Vor- und Nachteile treten auch bei der Bestrahlung auf. So werden die phasenbasierten Bestrahlungen durch die Detektion der Inspirationsmaxima und einer nicht-periodischen Atmung beeinflusst. Der Linearbeschleuniger muss bereits vor dem Ende des Atemzyklus die Periodendauer vorhersagen, um den Strahl ein- bzw. ausschalten zu können. Bei der Simulation einer amplitudenbasierten Bestrahlung wird gezeigt, dass die an der Truebeam aufgenommenen Atemkurven mit 4 Lernzyklen oft eine Basislinienverschiebung aufwiesen. Die atemgetriggerte Bestrahlung auf der Grundlage von einer mittleren Intensitätsrekonstruktion (AVG Rekonstruktion) ist eine Darstellung eines sich bewegenden Tumors in einer 3D Bilddarstellung. Die auf dieser Grundlage klinisch berechneten Dosisverteilung sagt die Dosiserfassung des Tumorvolumens zuverlässig vorher, jedoch wird die Bewegung, besonders an den Feldrändern, nicht berücksichtigt. An einem Beispielpatienten wird die Dosisverschmierung gezeigt, die an den Feldrändern bis zu 8 Gy betragen kann. Insgesamt wurde im UKD die atemgetriggerte Bestrahlung für die Patienten mit Mammakarzinom und Bronchialkarzinom erfolgreich eingeführt und somit eine präzisere Bestrahlung zu bestimmten Zeitpunkten im Atemzyklus ermöglicht. The University Hospital of Düsseldorf (UKD) introduced respiratory-gated radiotherapy in 2017. The dissertation aim is to evaluate the performance of the systems involved and also to evaluate the clinical experience. The CT-acquisition is recorded by the Brilliance CT Big Bore Oncology from Philips (Amsterdam, Netherlands) and the Respiratory Gating for Scanners module (RGSC, Varian Medical Systems, Palo Alto, USA) which records the breathing information. The radiation is carried out by a Truebeam STx with Novalis radiosurgery (Varian Medical System and Brainlab, Munich) system with a stereoscopic camera to record the breathing information. The performance evaluation of the systems includes a validation of the manufacturer’s specifications and functionality tests. In summary, it is found that all measured specifications were smaller than the manufacturer's specifications. The calibration of the RGSC system enables a measurement of the vertical reflectorblockposition during longitudinal displacement of the CT-table with baseline drifts less than 1.2 mm. Also, a temporal accuracy is determined by switching times of less than 89 ms when measuring with the Truebeam. The evaluation of the clinical implementation contains patients with breast cancer (N = 14) and bronchial cancer (N = 64). It was found that the patients with breast carcinoma breathe to a mean breathing depth of (18.29±3.57) mm and a mean inhalation duration of (17.67±2.69) s. The comparison of the inhalation depths with the distance from the heart to the target volume showed no correlation. Incidentally, the increase in distance depends on the anatomy of the patient. Patients with bronchial carcinoma showed a mean breathing movement of (7.87±3.36) mm with a period of (4.02±1.18) s. The evaluation of the breathing parameters of the individual patients showed that 28.1 % of the patients are not suitable for breath-gated radiotherapy due to the manufacturer's limitation. Furthermore, it was found that the detected breathing movement of the 64 patients corresponds to a presented tumor movement and therefore a correlation between breathing and tumor movement is generally assumed. Also, radiation exposure during expiration is recommended in 62 out of 64 patients, because a smaller standard deviation was examined. The different binning methods are shown for 2 patients as an example for CT-acquisition and breath-gated radiation. Artifacts in non-periodic breathing are determined in both methods. The artifacts are less with the amplitude-based reconstructions, but this binning method is influenced by baseline drifts and baseline shifts, so both methods have advantages and disadvantages. These also occur with radiation. The phase-based irradiations are influenced by the detection of the inspiration maxima and non-periodic breathing. The linear accelerator must predict the period before the end of the breathing cycle is reached, in order to switch the beam on or off. When simulating amplitude-based irradiation, it is shown that the breath curves recorded on the Truebeam often have a baseline shift because of the short learning cycles. Breath-gated radiation is based on an average intensity reconstruction (AVG reconstruction). This reconstruction is a representation of a moving tumor in a 3D image representation. The dose calculated clinically based on this reliably predicts the dose acquisition of the tumor volume, but the movement, especially at the field edges, is not taken into account. An example patient shows the dose blurring, which can be up to 8 Gy at the field edges. In summary, breath-gated radiation for patients with breast cancer and bronchial carcinoma was successfully introduced in the UKD, so that the precision was improved by radiation in preconfigured time slots.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	07.07.2020
Dateien geändert am:	07.07.2020
Promotionsantrag am:	23.01.2020
Datum der Promotion:	26.06.2020