Untersuchungen zu den Auswirkungen der ausgleichskörperfreien Bestrahlungsmodalität in der Strahlentherapie anhand des lokalisierten Prostatakarzinoms und des Hypophysenadenoms

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	24 June 2020
Referee:	Prof. Dr. Barbara Dobler and Prof. Dr. Oliver Kölbl
Date of exam:	18 June 2020
Additional Information (public):	Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Humanwissenschaften (Dr. sc. hum.) der Fakultät für Medizin der Universität Regensburg. CC-Lizenzen gelten grundsätzlich nicht für die im Werk enthaltenen Zitate (hier besonders die Großzitate Abbildungen 1,3,5,7,8).
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Strahlentherapie
Keywords:	radiotherapy, flatness filter free, plan quality, secondary malignoma risk, IMRT, VMAT, prostate carcinoma, pituitary adenoma
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	43370

Abstract (German)

Seit wenigen Jahren wird die ausgleichskörperfreie Betriebsart FFF kommerziell für die Strahlenthereapie mit Linearbeschleunigern angeboten. Ursprünglich war sie gedacht zur Erhöhung der Dosisleistung und die daraus resultierende Verkürzung der Bestrahlungszeit bei stereotaktischen, gering fraktionierten Bestrahlungen. Da aktuelle fluenzmodulierende Bestrahlungstechniken wie IMRT und VMAT keine ...

Abstract (German)

Seit wenigen Jahren wird die ausgleichskörperfreie Betriebsart FFF kommerziell für die Strahlenthereapie mit Linearbeschleunigern angeboten. Ursprünglich war sie gedacht zur Erhöhung der Dosisleistung und die daraus resultierende Verkürzung der Bestrahlungszeit bei stereotaktischen, gering fraktionierten Bestrahlungen. Da aktuelle fluenzmodulierende Bestrahlungstechniken wie IMRT und VMAT keine ausgeglichene Fluenz mehr erfordern, kann diese Betriebsart nun auch in der normofraktionierten Strahlentherapie bei praktisch allen Lokalisationen zum Einsatz gebracht werden. Der Ausgleichskörper bewirkt jedoch nicht nur eine ausgeglichene Fluenz der Photonen im Bestrahlungsfeld, sondern ist auch eine Quelle für Streustrahlung. Deshalb wurde diskutiert, dass die Strahlenbelastung der Patienten in Bereichen, die nicht direkt bestrahlt werden, mit dieser Betriebsart wahrscheinlich reduziert werden könne. Da Strahlung prinzipiell sekundäre Malignome auslösen kann, sollte in der Betriebsart FFF das Risiko dafür reduziert sein.
Die Auswirkungen der neuen Betriebsart sollten zum einen hinsichtlich der Planqualität bei verschiedenen Bestrahlungstechniken untersucht werden; dabei spielt auch die technische Umsetzbarkeit eine wichtige Rolle, die mit dosimetrischer Planverifikation kontrolliert wurde. Zum anderen sollte das Sekundärmalignomrisiko mit Hilfe von Modellbetrachtungen und Dosismessungen in einzelnen Punkten quantifiziert werden. In zweiter Linie wurden Unterschiede der Bestrahlungstechniken ausgewertet.
Zwei Patientengruppen wurden exemplarisch ausgewählt, um diese Untersuchungen durchzuführen: Die erste bestand aus 10 Patienten mit lokalisiertem Prostatakarzinom, die zweite aus 11 Patienten mit Hypophysenadenom. Ein Linearbeschleuniger vom Typ Synergy™ mit Agility™-Kopf und das Bestrahlungsplanungssystem Oncentra® kamen zum Einsatz. Die dosimetrische Planverifikation erfolgte mit den Detektor-Arrays MatrixxEvolution der Firma IBA und SRS MapCheck® der Firma SunNuclear. Die Planqualität wurde anhand folgender Parameter ausgewertet: Homogenitäts- und Konformitätsindex, Dosis an Risikoorganen und Bestrahlungszeit. Das Sekundärmalignomrisiko wurde mit unterschiedlichen Modellen ausgewertet. Im bestrahlten Bereich wurden aus dem Bestrahlungsplanungssystem exportierte Dosis-Volumen-Dateien ausgewertet, in der entfernteren Peripherie wurden Dosismessungen an ausgewählten Punkten in anthropomorphen Phantomen durchgeführt.
Hinsichtlich der Belastung der Risikoorgane waren die Bestrahlungspläne für beide Betriebsarten mit und ohne Ausgleichskörper und in beiden Patientengruppen im Wesentlichen vergleichbar. Ähnlich war dies beim Homogenitäts- und Konformitätsindex; beim Konformitätsindex gab es einen statistisch signifikanten Vorteil in der Anwendung von IMRT mit FFF. Im Vergleich der Bestrahlungstechniken IMRT und VMAT waren beide Indizes besser bei Anwendung der VMAT. Die Bestrahlungszeiten lagen bei beiden Betriebsarten und Patientengruppen im gleichen Rahmen. Auch hier zeigte sich im Vergleich der Bestrahlungstechniken ein klarer Vorteil der VMAT, bei der die Bestrahlungszeiten nur etwa ein Drittel der bei der IMRT benötigten betragen.
Die dosimetrische Planverifikation ergab, dass beide Betriebsarten und Bestrahlungstechniken problemlos mit klinisch erforderlicher Genauigkeit umgesetzt werden können.
In der Betriebsart FFF war das Sekundärmalignomrisiko im bestrahlten Bereich geringer als mit Ausgleichskörper. Das Risiko für sekundäre Sarkome war etwa eine Größenordnung kleiner als dasjenige für sekundäre Karzinome. Bei den Hypophysenadenomen zeichnet sich eine Abhängigkeit des Sekundärkarzinomrisikos für Hirntumore vom bestrahlten Volumen ab. Hier ist das Risiko bei VMAT höher als bei IMRT. In der Peripherie ließ sich aus den Punktmessungen ein statistisch signifikant geringeres Sekundärkarzinomrisiko in der Betriebsart FFF ableiten. Das Sekundärkarzinomrisiko in der Peripherie ist bei VMAT geringer als bei IMRT. Da dieses Risiko deutlich kleiner ist, als das im bestrahlten Bereich, dürfte es für eine klinische Entscheidung nur eine untergeordnete Rolle spielen.
Die ausgleichskörperfreie Betriebsart FFF trägt für die untersuchten Entitäten zu einer Reduktion des Sekundärmalignomrisikos bei. Ein genereller Zeitgewinn wird nicht nachgewiesen. Bei VMAT ist die Behandlungszeit kürzer als bei der IMRT und erhöht damit den Patientenkomfort bei gleichzeitiger Reduktion der intrafraktionellen Organbewegungswahrscheinlichkeit. Beim Hypophysenadenom ist allerdings ein etwas höheres Sekundärkarzinomrisiko für das Hirngewebe mit dieser Technik zu berücksichtigen.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Dosisvorgaben in beiden Betriebsarten, mit und ohne Ausgleichskörper (FB und FFF) ähnlich gut eingehalten werden. Die Auswirkungen auf die Qualitätsindizes für Homogenität und Konformität (HI und CI) zeigten kleine Vorteile für FFF, die in Einzelfällen statistisch signifikant waren. Statistisch signifikante Unterschiede bei den Bestrahlungszeiten wurden nicht gefunden. Das Sekundärmalignomrisiko im bestrahlten Bereich (〖EAR〗_ges^Plan) und in der Peripherie (〖EAR〗_ges^PD) lässt sich mit FFF statistisch signifikant gegenüber der Betriebsart FB senken.

Translation of the abstract (English)

The investigations were performed on IMRT and VMAT plans with and without flattnes filter for patients with localized prostate carcinoma and pituitary adenoma. Plan quality, plan verification, and secondary malignancy risk were regarded. The plan quality included homogeneity index, conformity index, treatment time, and dose to target volumes and organs at risk. The plan verification was performed ...

Translation of the abstract (English)

The investigations were performed on IMRT and VMAT plans with and without flattnes filter for patients with localized prostate carcinoma and pituitary adenoma. Plan quality, plan verification, and secondary malignancy risk were regarded. The plan quality included homogeneity index, conformity index, treatment time, and dose to target volumes and organs at risk. The plan verification was performed comparing calculated dose distributions with measurements using 2D arrays. The gamma index was evaluated. Secondary carcinoma and sarcoma risk was calculated by the application of different models (linear, bell-shaped, plateau, and mechanistic) based on the dose-volume informations from the treatment planning system. All plans were of similar quality. However, VMAT techniques were about three times faster than IMRT. Although the potential maximum dose rate is more than three times higher without flatness filter the treatment times with flatness filter were rather similar. The plan verification showed that all techniques are well applicable. It could be stated that the flatness filter free mode is appropriate to reduce secondary malignancy risk, especially in the periphery.

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