Thorsten Frenzel, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2000 :
Kurzfassung
Das wichtigste Ziel der Strahlentherapie maligner Erkrankungen ist, die Tumorzellen so zu schädigen,
daß sie sich nicht weiter unkontrolliert teilen, wobei dabei das umliegende gesunde Gewebe nicht zu
stark geschädigt werden darf. Aus diesem Grund muß die dreidimensionale Dosisverteilung an die Form
des Planungszielvolumens angepaßt werden. Die Verwendung intensitätsmodulierter Photonenfelder, bei
denen die maximale Photonenenergie im Bereich um die 10 MeV liegt, ist eine Möglichkeit, um eine
hoch-konformale Dosisverteilung zu erzeugen, die die Dosisbelastung in den Risikoorganen gering hält
und gleichzeitig für eine hohe Dosis im Planungszielvolumen sorgt. Besonders bei irregulär geformten
Tumoren, die ein Risikoorgan umschließen, können intensitätsmodulierte Photonenfelder zu einer
Optimierung der Dosisverteilung beitragen.
In dieser Arbeit wird die Verwendung von "Modifikatoren" beschrieben, die als Zusatz zu in der
klinischen Routine eingesetzten Linearbeschleunigern zur Erzeugung intensitätsmodulierter
Dosisverteilungen eingesetzt werden können. Durch die Verwendung einer Kombination aus
unterschiedlichen Schichtdicken von Stahlgranulat mit einem herkömmlichen Strahlenabsorber aus
"MCP 96" können dabei auch ältere Linearbeschleuniger ohne Lamellenkollimator genutzt werden.
Neben der Vorstellung eines für den klinischen Routinebetrieb geeigneten Verfahrens zur Herstellung
von Modifikatoren wird anhand eines Bestrahlungsplanes für ein menschenähnliches
Alderson-Rando-Phantom die Verifikation von intensitätsmodulierten Strahlenfeldern demonstriert.
Dabei wird zur Kontrolle der erzeugten Fluenzmatrizen das Hochenergie-Bildsystem "BIS 710"
(Wellhöfer Dosimetrie) eingesetzt. Die Dosisverteilung der einzelnen Strahlenfelder wird mit Hilfe von
Ionisationskammern, Filmen und dem Prototyp-Hochenergie-Bildsystem ÄDAS" (Wellhöfer Dosimetrie)
überprüft. Auch findet ein Vergleich der mit Hilfe von Thermo-Lumineszenz-Dosimetern im
Alderson-Rando-Phantom gemessenen Dosisverteilung mit den von den Bestrahlungsplanungsprogrammen
"KonRad" und "VOXELPLAN" (beide am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg entwickelt)
berechneten Dosisverteilungen statt.
Neben diesen Experimenten wird beschrieben, inwieweit sich intensitätsmodulierte Bestrahlungstechniken
von anderen Verfahren unterscheiden und nach welchen Prinzipien Bestrahlungsplanungsprogramme zur
Berechnung intensitätsmodulierter Strahlenfelder arbeiten. Außer den eingesetzten Modifikatoren und
Meßmitteln werden weitere Methoden und Geräte zur Erzeugung und Verifikation intensitätsmodulierter
Strahlenfelder vorgestellt.
The primary goal of radiotherapy in the treatment of cancer is to arrest the uncontrolled growth of tumour cells without causing severe damage to surrounding normal tissue. To achieve this goal, the three-dimensional dose distribution must conform the shape of the planning target volume. Intensity-modulated photon fields with maximum photon energy near 10 MeV can be used to produce highly conformal dose distributions which minimise dose to organs at risk while delivering high dose to the planning target volume. Intensity-modulated photon fields are especially useful for obtaining optimal dose distributions for irregularly shaped tumours which surround radiation-sensitive normal structures. This thesis describes the application of beam modifiers which can be used as accessories for medical accelerators to generate intensity-modulated dose distributions. Using a granulated steel layer of varying thickness in combination with standard cerobend blocks composed of "MCP 96", intensity-modulated photon fields can be generated even with older linear accelerators lacking multi-leaf collimation. Modifiers developed for routine clinical use are presented. Verification procedures for intensity-modulated photon fields are demonstrated using a treatment plan for an anthropomorphic Alderson-Rando phantom. Beam fluence maps are checked with a "BIS 710" megavoltage imaging system (Wellhöfer Dosimetrie). Ionisation chambers, films and the ÄDAS" prototype megavoltage imaging system (Wellhöfer Dosimetrie) are used to verify the dose distribution delivered by each field. Dose values, measured with thermoluminescent dosimeters inside the Alderson-Rando phantom, are compared with doses calculated with the "KonRad" and "VOXELPLAN" treatment planning systems (both developed at the Cancer Research Centre DKFZ in Heidelberg, Germany). A description of these experiments is supplemented by a discussion of differences between intensity-modulated radiation therapy and other treatment techniques. Basic principles of intensity-modulated treatment planning systems are explained and various methods for generating intensity modulated photon fields are described. In addition, dose measuring tools and methods other than those demonstrated are presented.