Einflüsse intrafraktioneller Tumorbewegung auf die Dosisverteilung bei TomoTherapy: Messungen mit einem 4D-Bewegungsphantom

Einleitung: Die moderne Strahlentherapie steht auch heute noch durch inter- und intrafraktionelle Organbewegungen vor der Herausforderung, dass dem Zielvolumen die geplante Dosis appliziert wird. Interfraktionelle Bewegungen, wie Lagerungsungenauigkeiten oder Tumorgrößenänderungen, können mit bildgeführten Verfahren (IGRT) zwischen den Fraktionen berücksichtigt werden. Intrafraktionelle Effekte, wie die Bewegung von Lungen- und Lebertumoren durch die Atmung während der Bestrahlung, können durch Studien mit Bewegungsphantomen erfasst und somit bei der weiteren Planung berücksichtigt werden. Um einen Eindruck des Ausmaßes dieser Effekte auf die Dosisverteilung zu bekommen, wurde ein 4DBewegungsphantom konstruiert. Mit diesem Phantom wurden reale Patientenatemkurven simuliert. In den ersten Messungen mit diesem Phantom wurden intrafraktionelle Bewegungen und ihre Einflüsse auf die Dosisverteilung für Lungenpläne mit TomoTherapy untersucht. Besonders der Einfluss der Bewegung auf die Dosishomogenität, die Gradienten sowie die Dosisverschmierungen wurden untersucht. Material und Methoden: Das 4D-Bewegungsphantom wurde gemäß der Spezifikation des Autors von der Firma Euromechanics gefertigt. Eine Plattform aus RW3-Kunststoff und Karbon kann beliebig in drei Raumrichtungen bewegt werden und somit Atemtrajektorien von Patienten simulieren. Der anterioposteriore (AP) Bewegungsspielraum beträgt 4,5 cm; der laterale sowie der craniocaudale (CC) jeweils 5 cm. Die maximale Geschwindigkeit, mit der sich das Phantom bewegen kann, beträgt 10 m/s, die maximale Beschleunigung 10 m/s². Auf der beweglichen Plattform kann das Würfelphantom „Easy Cube“ (Fa. Euromechanics) befestigt werden; das Bewegungsphantom wird mit seiner Grundplatte am Indexsystem des Beschleunigertisches befestigt. Der „Easy Cube“ wird mit diversen Inhomogenitäten, Filmen und Ionisationskammern bestückt. Das Bewegungsphantom kann bis zu 15 kg Last sicher (+/- 1 mm) bewegen. Mit radiochromen Filmen (Gafchromic-EBT2) wird die Dosisverteilung des Zielgebietes (PTV) innerhalb des Phantoms gemessen. Die Messungen ohne Bewegung erfolgten als Referenz. Durch den Vergleich mit dem unbewegten Referenzfilm werden die Bewegungseffekte evaluiert. Die Auswertung erfolgte durch MATLAB-Routinen. Ergebnisse: Die unbewegten Pläne lassen sich reproduzieren, größere Abweichungen treten hier vor allem bei Gebieten mit steilen Dosisgradienten auf, wobei das Zielgebiet (PTV) stets von der 95 % Isodose umschlossen bleibt. Unter Phantombewegung kommt es abhängig von der simulierten Atemtrajektorie zu einer Verbreiterung des Halbschattens und einer geringeren Dosisabdeckung innerhalb der Ränder des PTVs von teilweise >10 %. Diese Ergebnisse decken sich weitgehend mit denen, die in unserem Hause bereits mit einem anderen Bewegungsphantom (nur gekoppelte AP- und CC-Simulation) gemessen worden sind. Auf dem Kongress werden Ergebnisse für verschiedene Atemtrajektorien und TomoTherapy-Pläne präsentiert. Diskussion: Die Verschmierung der Dosis ist neben Unterdosierungen und seichteren Gradienten nur einer von verschiedenen bewegungsinduzierten Effekten auf die Dosisverteilung. Durch Bewegungsphantomstudien können diese Effekte gemessen werden um sie bei der Bestrahlungsplanung zu berücksichtigen. Von daher sollte das Ziel bei Bestrahlung von potentiell beweglichen Zielstrukturen sein, die im Planungs-4D-CT beobachtete Bewegungstrajektorie mit einem 4D-Bewegungsphantom vor der Bestrahlung zu simulieren um Rückschlüsse auf die Effekte auf die Dosisverteilung beim individuellen Patienten ziehen zu können. Diese Erkenntnisse sollten dann in die Wahl neuer Planparameter und Sicherheitssäume einfließen. Der Einsatz und mögliche Benefit von TomoTherapy auch bei beweglichen Zielstrukturen ist Gegenstand aktueller Forschungsvorhaben in unserem Hause.