Der Einfluss von Rotations- und Translationsbewegungen bei kranieller stereotaktischer Radiotherapie

• Main Author: Roesch, Johannes
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: 2013
• Subjects: Radiochirurgie; Strahlentherapie; Verlagerung; Schädel; Tumor; ddc:610
• Online Access: https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/10613; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-106137; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-106137; https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/10613/Dissertation_Roesch_Johannes.pdf

Hintergrund: Kranielle Stereotaxie ist ein wichtiges Therapieinstrument zur Behandlung kranieller neoplastischer Läsionen. Mittels bildgeführter Radiotherapie konnten in den vergangenen Jahren Genauigkeit und Komfort der Patientenlagerung essentiell verbessert werden. Folgende Arbeit untersucht die Bedeutung der bildgeführten Patientenlagerung (Image Guidance) in Bezug auf geometrische Unsicherheiten und deren Einfluss auf die dosimetrische Verteilung. Material und Methoden: In Würzburg wurden zwischen 2006 und 2010, 98 kranielle Läsionen in 71 Patienten radiochirurgisch behandelt. Mittels Cone-Beam CT wurden die Patientenverlagerungen bezogen auf alle 6 Freiheitsgrade vor Behandlungsbeginn (n=98) sowie nach der Therapie (n=64) aufgezeichnet. Aus den Daten für die einzelnen Raumachsen wurde der absolute Versatz (3D-Vektor) sowie maximale Rotation um die resultierende Drehachse berechnet. Die Prae- sowie Posttherapeutische Verlagerungen wurden im Planungssystem simuliert. Für Szenarien mit unterschiedlichen Sicherheitsäumen (0 mm,1 mm, 2 mm) wurde der Ausgleich der Translationen sowie der Rotationen in Bezug auf Dosis-Konformität und Zielabdeckung getrennt untersucht. Ergebnisse: Der mittlere Prae-IG Versatz betrug 3.96 mm ± 1.89 mm mit einer mittleren maximalen Rotation im Raum von 2,02°±0,84°. Der mittlere Lagerungsfehler nach Therapieende betrug 0,88mm±0,61mm mit einer mittleren maximalen Rotation von 0,65°±0,64°. Die Verlagerung während der Bestrahlung korrelierte signifikant mit der Behandlungszeit (0,7mm±0,5mm für t<23min; 1,2mm±0,7mm für t>23min). Die Simulation der Behandlung ohne IG-Ausgleich zeigte einen Einbruch der Zielabdeckung (Coverage Index) von 96,0%±5,7% auf 72,1%±19,0% und der Konformität (Paddick Conformity Index) von 73,3%±11,1% auf 43,4%±17,8%. Pro 1mm Abweichung nahmen Zielabdeckung sowie Konformität um 6% bzw. 10% ab. Alleiniger Ausgleich der Translationen ohne Rotationen führte zu nicht signifikanten Einbussen. Bewegungen während der Bestrahlung führten zu einem Abfall des CI auf 94,3%±6,8% bzw. des PCI auf 70,4%±10,8%. Ein 1mm Sicherheitssaum genügte um diese Bewegungen zu kompensieren Schlussfolgerungen: Bildgeführte Radiotherapie ist ein wichtiges Instrument zur Verbesserung der Therapiepräzision. Unter offensichtlichen Voraussetzungen kann auf den prätherapeutischen Ausgleich der rotatorischen Komponente bei kranieller Stereotaxie verzichtet werden. Bewegungen während der Behandlung reduzieren die gewünschte Zielabdeckung sofern dem nicht durch geeignete Sicherheitssäume Rechnung getragen wird. === Background: Cranial Stereoactic Radiotherapy is an importent instrument for treatment of cranial neoplastic lesions. Over the last years image guidance improved Precesion an comfort of patient setup and treatment essentially. Outcome of IG evaluated in geometrical uncertainties and this impact on dosimetrical coverage is evaluated. Methods and materials: In the department of Radio-oncology in Würzburg 98 cranial lesions in 71 patients were treated with radiosurgery between 2006 and 2010. Pre- (n=98) and Post-treatment (n=64) set-up errors (n=98) were evaluated with cone-beam CT (CBCT) based image-guidance (IG) and were corrected in six degrees of freedom. To evaluated geometrical uncertainties 3D-error and maximal rotation around the resulting rotational-axis was calculated. Pre- and post-therapy set-up-errors were simulated inside the planning system and there impact on dosedistribution was evaluated. Scenarios with different safety margins (0mm, 1mm, 2mm) were simulated and impact of translational and rotational set-up error was evaluated separately. Results: Errors prior to IG were 3.96 mm ± 1.89 mm (3D vector) and the mid-maximum rotational error was 2.02° ± 0.84°. The post-treatment 3D error was 0.88 mm ± 0.61 mm and the mid-maximum rotation was 0,65°±0,64°. Intra-fractional errors were significantly correlated with the total treatment time with 0.7mm±0.5mm and 1.2mm±0.7mm for treatment times ≤23 minutes and >23 minutes (p<0.01), respectively. Simulation of RS without image-guidance reduced target coverage from 96,0%±5,7% to 72,1%±19,0% and conformity from 73,3%±11,1% to 43,4%±17,8%. Each 3D set-up error of 1 mm decreased target coverage and dose conformity by 6% and 10% on average, respectively, with a large inter-patient variability. Pre-treatment correction of translations only but not rotations did not affect target coverage and conformity. Post-treatment errors reduced target coverage to 94,3%±6,8% and conformity to 70,4%±10,8% . A 1 mm safety margin fully compensated intra-fractional patient motion. Conclusions IG-RS with online correction of translational errors achieves high geometric and dosimetric accuracy. Under certain assumptions correction of rotational set-up errors in cranial stereotactic radiotherapy can be neglected. Intra-fractional errors decrease target coverage and conformity unless compensated with appropriate safety margins.