FU Berlin Digitale Dissertation
Jens Heufelder : Bewertung perkutaner Bestrahlungspläne mittels physikalischer und biologischer Kriterien Evaluation of external beam treatment plans using physical and biological models
|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung Um im Rahmen einer perkutanen Strahlentherapie für den Patienten einen geeigneten Bestrahlungsplan zu finden, werden mehrere Planvarianten erstellt. Die daraus resultierenden Dosisverteilungen und Dosis-Volumen-Histogramme (DVH) werden miteinander verglichen. Da ein Bestrahlungsplan durchschnittlich aus 30 bis 40 CT-Schichten besteht, ist folglich das Vergleichen ein sowohl aufwendiger als auch zeitintensiver Vorgang und darüber hinaus höchst subjektiv. Durch die Einführung physikalische und biologischer Modelle wird versucht, die Planauswahl objektiver zu gestallten. Der im Rahmen der vorliegenden Arbeit vorgestellte Index vereint erstmals sowohl physikalische als auch biologische Kriterien zur Bewertung von Dosisverteilungen. Basierend auf Dosis-Volumen-Histogrammen lässt sich der Bewertungsindex aus den folgenden vier Kriterien berechnen: ICRU-Konformität (Betrachtung der Dosisabweichungen im Planungszielvolumen von den ICRU-Empfehlungen), Mittelwert und Homogenität der Dosis im Planungszielvolumen, relative Planungszielvolumendosis bzw. inverse relative Restvolumendosis und einem Produkt aus Tumorkontrollwahrscheinlichkeit (TCP) und der Normalgewebe-Komplikationswahrscheinlichkeit (NTCP). Um die Bewertung mittels der oben dargestellten Kriterien durchführen zu können, musste ein Programm entwickelt werden, das anhand von importierten Dosis-Volumen-Histogrammen eines kommerziellen Bestrahlungsplanungssystems die einzelnen Kriterien berechnet und zum Bewertungsindex verknüpft. Für die Evaluation des Index wurden 8 Bestrahlungspläne unterschiedlicher Qualität in einem Testphantom bewertet. Im zweiten Schritt fand die Analyse von 108 klinisch relevanten Plänen basierend auf Daten von 21 Patienten mit einem Karzinom im Thorax und von 169 klinisch relevanten Plänen basierend auf Daten von 34 Patientinnen mit Mammakarzinom statt. Zur Auswertung der Patientendaten wurde ein Verfahren entwickelt, welches ermöglicht, Unterschiede aufgrund der individuellen Anatomie der Patienten zu berücksichtigen. Die Ergebnisse der Simulation im Phantom zeigen, dass man mittels des Bewertungsindex leicht zwischen guten und schlechten Bestrahlungsplänen unterscheiden kann. Bei der Bewertung der klinischen Bestrahlungspläne sieht man, dass mittels des Index die Pläne objektiver beurteilt werden können. Eine Bewertung minimaler Variationen von Bestrahlungsplänen wird erst durch die Kombination von physikalischen und biologischen Kriterien ermöglicht. Darüber hinaus erhält man durch die Rechner gestützte Auswertung der Daten eine nicht zu vernachlässigende Zeitersparnis bei der Planauswahl.

Inhaltsverzeichnis Die gesamte Dissertation können Sie als gezippten tar-File oder als zip-File laden. Durch Anklicken der Kapitelüberschriften können Sie das Kapitel in PDF-Format laden:   0. Titelblatt 1. Einleitung 1 2. Grundlagen 3 2.1. Physikalische Grundlagen 2.1.1. Erzeugung von Strahlung 2.1.2. Wechselwirkung von Strahlung mit Materie 2.1.3. Dosisbegriffe und Dosiseinheiten 2.1.4. Dosismessverfahren 2.2. Bestrahlungsplanung 2.2.1. Planungsgrundlage 2.2.2. Bestrahlungsplanung 2.2.3. Berechnung der Dosisverteilung 2.2.4. Bewertung der Planvarianten 2.3. Biologische Modelle 2.3.1. Das linear-quadratische Modell 2.3.2. a/b korrigierte Dosis-Volumen-Histogramme 2.3.3. Wechselwirkung von Strahlung mit Organen 3. Bewertungskriterien & Bewertungsindex 25 3.1. Physikalische Bewertungskriterien 3.1.1. Minimum/Maximum-Kriterium 3.1.2. Mittelwert und Homogenität der Dosisverteilung    im Planungszielvolumen 3.1.3. Relative Planungszielvolumendosis 3.1.4. Relative Restvolumendosis 3.2. Biologische Bewertungskriterien 3.2.1. Erfolgswahrscheinlichkeit 3.2.2. Inverse relative reduzierte Restvolumendosis 3.3. Bewertungsindex 3.4. Der Bewertungsindex in der klinischen Anwendung 3.4.1. Das Bestrahlungsplanungssystem 3.4.2. Das Bewertungsprogramm 3.5. Auswertungsverfahren 3.5.1 Bewertung aller Bestrahlungspläne einer  Tumorlokalisation 3.5.2. Patientenbezogene Auswertung 4. Ergebnisse & Diskussion 39 4.1. Wasserphantom 4.1.1. Bestrahlungstechniken und Isodosenverteilungen 4.1.2. Ergebnisse der physikalischen Bewertung 4.1.3. Ergebnisse der biologischen Bewertung 4.1.4. Bewertungsindex 4.2. Thorax 4.2.1. Übersicht 4.2.2. Ergebnisse 4.2.3. Abschätzung der Koeffizienten 4.2.4. Beispiel einer Planbewertung 4.2.5. Zusammenfassung 4.3. Mamma 4.3.1. Übersicht 4.3.2. Ergebnisse 4.3.3. Abschätzung der Koeffizienten 4.3.4. Beispiel einer Planbewertung 4.3.5. Zusammenfassung 4.4. Diskussion 5. Zusammenfassung & Ausblick 67 Literaturverzeichnis 69 Abkürzungsverzeichnis 77 Glossar 81 Publikationen mit Teilen dieser Arbeit Publikationen Publikationen zu Konferenzen Vorträge Poster 85 Lebenslauf 91 Danksagung 93

Ergänzende Angaben:
Online-Adresse:	http://www.diss.fu-berlin.de/2002/41/index.html
Sprache:	Deutsch
Keywords:	medical physics, radiotherapy, treatment planing, physical and biological models, tcp, ntcp
DNB-Sachgruppe:	29 Physik, Astronomie
Klassifikation PACS:	87.53
Klassifikation CR:	J.3
Datum der Disputation:	03-Dec-2001
Entstanden am:	Fachbereich Physik, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter:	Prof. Dr. Klaus-Dieter Kramer
Zweiter Gutachter:	Prof. Dr. Manfred Tautz
Kontakt (Verfasser):	jens@heufelders.de bzw. heufelder@hmi.de
Kontakt (Betreuer):	kramerk@physik.fu-berlin.de
Abgabedatum:	26-Mar-2002
Freigabedatum:	27-Mar-2002

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