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TRANSCRIPT
I
Aus der Strahlenklinik
der
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Direktor: Prof. Dr. med. Rainer Fietkau
Positionierungsgenauigkeit und intrafraktionelle Patientenbewegung in der stereotaktischen Radiotherapie
Inaugural-Dissertation
zur Erlangung der Doktorwürde
der Medizinischen Fakultät
der
Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
vorgelegt von
Stephan Dölz
aus
Gera
II
Gedruckt mit Erlaubnis der Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h.c. Jürgen Schüttler
Referent: PD. Dr. med. Antje Fahrig
Korreferent: Prof. Dr. med. Rainer Fietkau
Tag der mündlichen Prüfung: 19.01.2011
III
Widmung
In dankbarer Erinnerung an Günther Schlüfter
IV
Inhaltsverzeichnis
1. Zusammenfassung 1
2. Abstract 3
3. Einleitung 5
4. Material und Methode 9
4.1 Das Novalissystem 9
4.2 Indikationsstellung zur Bestrahlung 10
4.3 Bestrahlungsplanung 10
4.4 Onkologische Volumina 10
4.5 Positionierung mit Hilfe des ExacTrac 11
4.6 Infrarotpositionierung 11
4.6.1 Hardware 4.6.2 Aufgabe und Durchführung
4.7 Positionierung mit stereotaktischer Bildgebung 15
4.7.1 Hardware 4.7.2 Aufgabe und Durchführung
4.8 Das Patientenkollektiv 17
4.9 Messung der intrafraktionellen Verschiebung 22
4.9.1 Untersuchungsablauf 4.9.2 Berechnung der intrafraktionellen Bewegung
4.10 Statistische Grundlagen 26
5. Auswertung und Ergebnisse 28
5.1 Entfernungen der Patienten vom Lagerungsoptimum bei 28
Bestrahlung von Isozentren des Kopfes
5.2 Entfernungen der Patienten vom Lagerungsoptimum bei 30
Bestrahlung von Isozentren des Körpers
5.3 Intrafraktionelle Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes 31
5.4 Intrafraktionelle Patientenbewegung von Isozentren des Körpers 32
5.5 Einhaltung bestimmter Planungsvolumina unter 33
Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes
5.6 Einhaltung bestimmter Rotationsachsen unter Patientenbewegung 35
von Isozentren des Kopfes
V 5.7 Einhaltung bestimmter Planungsvolumina unter 36
Patientenbewegung von Isozentren des Körpers
5.8 Einhaltung bestimmter Rotationsachsen unter 37
Patientenbewegung bei Isozentren des Körpers
5.9 Dauer der Strahlenbehandlungen 38
5.10 Korrelative Zusammenhänge der Kopfpatienten 39
5.10.1 Alter
5.10.2 BMI
5.10.3 Behandlungserfahrung
5.10.4 Behandlungsdauer
5.10.5 Anzahl der Bestrahlungsfelder
5.11 Korrelative Zusammenhänge der Körperpatienten 44
5.11.1 Alter
5.11.2 BMI
5.11.3 Behandlungserfahrung
5.11.4 Behandlungsdauer
5.11.5 Anzahl der Bestrahlungsfelder
6. Diskussion 49
6.1 Positionierungsgenauigkeit 50
6.2 Intrafraktionelle Bewegung 52
6.3 Sicherheitsvolumina 55
6.4 Einsatz in der rahmenlosen Radiochirurgie 56
6.5 Einfluss der Patientenfaktoren 57
7 Literaturangabe 59
8 Danksagung 63
9 Erklärung über Selbstständigkeit 64
10 Lebenslauf 65
1
1. Zusammenfassung
Hintergrund und Ziele
Die Präzision der Patientenpositionierung und die Stärke der intrafraktionellen
Patientenbewegung sollen an dem stereotaktischen Linearbeschleuniger Novalis
untersucht werden. Die bei der Behandlungsplanung notwendigen Sicherheitsgrenzen,
die in dem Bestrahlungsvolumen PTV festgelegt sind, sollen für die weitere
Behandlung neu definiert werden. Es soll entschieden werden, ob die Genauigkeit der
Bestrahlung an dem Gerät für den Einsatz einer rahmenlosen Radiochirurgie
ausreichend ist. Nach möglichen auffälligen Zusammenhängen zwischen
Patientenmerkmalen und Bestrahlungspräzision soll gesucht werden.
Methoden
Es wurden 30 am Novalis-Beschleuniger in Erlangen bestrahlte Patienten in insgesamt
218 Bestrahlungen auf Lagerungsgenauigkeit und intrafraktionelle Bewegung
untersucht. Darunter befanden sich 26 Patienten die am Kopf und 4 die am Körper
bestrahlt wurden. Die Patienten wurden mit Hilfe des ExacTrac mittels Infrarotmarker
und stereotaktischer Röntgenkontrolle positioniert und vor und nach der Behandlung
von mir mittels stereotaktischer Bildgebung auf ihre korrekte Lage hin kontrolliert.
Ergebnisse und Beobachtungen
Für die Positionierung vor der Bestrahlung zeigte sich bei den Kopfpatienten eine
Abweichung kleiner als 0,5 Millimeter (vertikal: ±0,27mm; longitudinal: ±0,33mm;
lateral: ±0,50mm) und eine Rotation unter 1 Grad (vertikal: ±0,73°; longitudinal: ±0,91°;
lateral: ±0,87°). Auch die nachweisbare intrafraktionelle Bewegung unter
Maskenfixierung ist kleiner als 0,5mm (vertikal: ±0,20mm; longitudinal: ±0,27mm;
lateral: ±0,49mm) und verursacht einen Rotationsfehler unter einem halben Grad
(vertikal: ±0,28°; longitudinal: ±0,34°; lateral: ±0,26°). Die um den Tumor
einzuhaltenden Sicherheitsvolumen sollten nach meinen Ergebnissen die folgenden
Radien respektieren: vertikal: ±1mm; longitudinal: ±1mm; lateral: ±2mm. Ungenauere
Werte zeigten sich für die am Körper behandelten Patienten, die sich nach der
Positionierung weiter entfernt von ihrem Lagerungsoptimum (vertikal: ±0,91mm;
longitudinal: ±0,69mm; lateral: ±0,46mm) und stärker fehlrotiert (vertikal: ±1,45°;
longitudinal: ±1,64°; lateral: ±1,54°) befanden. Mangels Fixierung zeigte sich hier auch
eine größere intrafraktionelle Bewegung (vertikal: ±2,13mm; longitudinal: ±1,55mm;
lateral: ±0,94mm) und Rotation (vertikal: ±1,11°; longitudinal: ±0,75°; lateral: ±0,66°).
2 Dementsprechend sind die zu beachtenden Sicherheitssäume um das Tumorvolumen
recht hoch (vertikal: ±5mm; longitudinal: ±3mm; lateral: ±2mm). Bei der Suche nach
möglicherweise auffällig werdenden Zusammenhängen zwischen Patientenmerkmalen
und der Stärke der intrafraktionellen Bewegung war zu erkennen, dass ein niedriges
Alter und ein hoher BMI in meinem Patientenkollektiv scheinbar Faktoren für eine
verstärkte Bestrahlungsungenauigkeit bei den Patienten waren.
Praktische Schlussfolgerung
Die bei der stereotaktischen Behandlung am Novalis notwendigen Sicherheitsgrenzen
sind sehr klein. Mit den genauen Werten in Positionierung und einer annähernd
vernachlässigbaren intrafraktionellen Patientenbewegung unter Maskenfixierung sind
die notwendigen Voraussetzungen für die Praxis einer rahmenlosen Radiochirurgie
geschaffen. Es wäre interessant und sinnvoll die aufgefallenen Zusammenhänge
zwischen Patientenmerkmal und Bestrahlungsgenauigkeit in speziellen, für die
Fragestellung konzipierten Untersuchungen zu analysieren.
3 2. Abstract
Background and purpose
The accuracy of the patients positioning and the intensity of intrafractional motion is
analyzed using the stereotactic linear accelerator Novalis in Erlangen. The safety
margins, which are included in the planning target volume (PTV), will be redefined for
the common clinical use of the device. One aim of our study is to determine, if the
accuracy of the Novalis is sufficient to conduct a frameless radiation surgery. Another
aim is to emphasize possible correlations between patient characteristics and the
precision of their radiation treatment.
Material and methods
30 patients were tested for their positioning accuracy and intrafractional motion during
218 radiation treatments. 26 of these patients have been treated on lesions of the head
and 4 patients on lesions in the field of their body. The patients have been positioned
by the help of ExacTrac by means of infrared markers and daily-made stereoscopic x-
ray images. With the use of stereotactic x-ray imaging before and after the treatment
the patients have been controlled for their correct position.
Results
After the positioning of the patients that were treated at the head, I detected a residual
deviation smaller than 0.5 millimeter (vertical: ±0,27mm; longitudinal: ±0,33mm; lateral:
±0,50mm) and a rotation error less than 1 degree (vertical: ±0,73°; longitudinal: ±0,91°;
lateral: ±0,87°). Furthermore the detectable intrafractional motion using immobilization
masks is smaller than 0,5mm (vertical: ±0,20mm; longitudinal: ±0,27mm; lateral:
±0,49mm) and causes a rotation error less than 0,5° (vertical: ±0,28°; longitudinal:
±0,34°; lateral: ±0,26°). The safety margins around the tumor should not exceed the
following radiuses: (vertical: ±1mm; longitudinal: ±1mm; lateral: ±2mm). The data of the
patients that have been treated in the field of their body are more imprecise. The test
results indicate a larger deviation of these patients in relation to their optimal treatment
position (vertical: ±0,91mm; longitudinal: ±0,69mm; lateral: ±0,46mm) and a bigger
rotation error (vertical: ±1,45°; longitudinal: ±1,64°; lateral: ±1,54°). Due to the absence
of adequate immobilization devices for these patients, I also detected a larger
intrafractional motion (vertical: ±2,13mm; longitudinal: ±1,55mm; lateral: ±0,94mm) and
rotation (vertical: ±1,11°; longitudinal: ±0,75°; lateral: ±0,66°). Considering these results
the safety margins around the tumor have to be adjusted: (vertical: ±5mm; longitudinal:
±3mm; lateral: ±2mm). Regarding possible correlations between patient characteristics
4 and the precision of their radiation treatment I noticed, that apparently a greater age
and a higher body mass index are factors of an increased inaccuracy of the treatment.
Conclusion
The safety margins, which are necessary for the planning of stereotactic radiation
treatments with the Novalis linear accelerator, are very small. Considering the ability of
a precise patient positioning and a nearly insignificant intrafractional motion the Novalis
is an adequate solution for a frameless radiation surgery. The noticed correlations
between patient characteristics and the accuracy of the radiotherapy could be an
interesting object of further investigation.
5 3. Einleitung
Seit Beginn der modernen Strahlentherapie ist es eines ihrer wichtigsten Ziele und
Aufgaben, die Nebenwirkungen der Behandlung so gering wie möglich zu halten und
die Therapie für den Patienten somit erträglicher zu gestalten. Die vorwiegende
Ursache für unerwünschte Strahleneffekte beim Patienten sind Strahlenschäden im
gesunden Gewebe, das an den Tumor angrenzt und nur aus bestrahlungstechnischen
Gründen direkt oder indirekt mit erfasst wird. Ionisierende Strahlung, mit der in der
Strahlentherapie gearbeitet wird, führt durch Beschädigung des Erbguts zum
Funktionsverlust der Zellen oder erhöht deren Neigung zur Entartung. Um diese Art der
Behandlungsnebenwirkung zu verringern, muss die Strahlendosis möglichst präzise an
den Tumor gebracht werden. Als Hilfe bei der technischen Bestrahlungsplanung sind
deshalb von der International Commission on Radiation Units and Measurement
verschiedene Tumorvolumina definiert worden [14]. Dazu gehören das nicht
veränderbare und die Tumormasse beschreibende GTV (Gross Tumor Volume), das
die nahen Absiedlungsgebiete des Tumors betrachtende CTV (Clinical Target Volume)
und das PTV (Planning Target Volume). Dieses Planungsvolumen betrachtet die
geometrischen Fehlerquellen der Strahlenbehandlung wie ungenaue Lagerung,
Reproduzierbarkeit und mögliche Bewegung des Patienten während seiner
Behandlung und ist somit abhängig von der verwendeten Behandlungstechnik. Ziel der
modernen Strahlentherapie ist es, dieses PTV auf ein kleinstmögliches Minimum zu
reduzieren, ohne dabei den Behandlungserfolg zu gefährden. Technische
Entwicklungen, die eine Erhöhung der Präzision der Strahlentherapie ermöglichen,
sind und waren deshalb einer der bedeutsamsten Forschungsschwerpunkte in der
Strahlentherapie der letzten Jahrzehnte. Zu der angestrebten Volumenreduzierung ist
eine Erhöhung der geometrischen Auflösung und Präzession der Strahlenbehandlung
notwendig. So sind in den letzten Jahren auch verschiedene Fortschritte in dieser
Fragestellung zu verzeichnen. Diese betreffen zum einen Teil die
Behandlungsplanung, bei der durch die Verwendung von neuen bildgebenden
Schnittbildtechniken wie der Computertomographie und der
Magnetresonanztomographie die diagnostische und räumliche Ortung und die
morphologische Einteilung des Bestrahlungszieles verbessert werden konnte. Aus
dieser präziseren Behandlungsplanung resultiert jedoch zum anderen Teil auch die
Anforderung an die Behandlung, diesen genauen Plan am Patienten umzusetzen.
Hierzu waren Fortschritte auf dem Gebiet der Patientenlagerung und der
Reproduzierbarkeit der Lagerung auf dem Bestrahlungstisch notwendig.
Ein enorm wichtiger Schritt in der Entwicklung einer verbesserten Planungsausführung
war die Einführung der stereotaktischen Radiotherapie durch den schwedischen
6 Neurochirurgen Lars Leksell im Jahre 1952 [20]. Dieser übertrug mit seinen Kollegen
das Prinzip der stereotaktischen Patientenlagerung, wie man es vorher nur aus der
Radiochirurgie kannte, auf die Strahlentherapie. Er positioniert dazu seine Patienten
nach definierten geometrischen Ortskoordinaten in einer dreidimensionalen
Raumplanung. Seine ersten Patienten behandelte er mit dieser neuen Technik 1951
mit einem Röntgensystem an dem Karolinka-Institut in Stockholm. Es war somit
erstmals möglich, intrakranielle Läsionen nichtinvasiv zu behandeln. Da sich jedoch die
Charakteristik der Röntgenstrahlung mit ihrem schnellen Dosisabfall im Gewebe als
ungünstig erwies, übertrug er seine Techniken in weiteren Entwicklungen auf Geräte,
die mit der weitaus effektiveren Gammastrahlung arbeiteten [24]. Auf diesem Wege
entstand 1987 das Gammaknife in Pittsburgh, das mit radioaktiven Cobalt-60-Quellen
arbeitete. In der weiteren Entwicklung versuchten verschiedene Neurochirurgen und
Physikmediziner dieses Prinzip der stereotaktischen Strahlenbehandlung auch auf
konventionelle Linearbeschleuniger zu übertragen, da diese in ihrer Bedienung
einfacher und auch in ihrem Betrieb billiger waren als andere verfügbare Geräte [2].
Auf diesem Weg entstanden viele verschiedene Geräte und Planungsprogramme, die
in ihrem Aufbau sehr unterschiedlich waren. Erst nach der Entwicklung einer
vereinheitlichenden Planungssoftware in den 90er Jahren, wie der in Haward
entwickelten X-Knife-Software [18], gingen die Hersteller zu einer Standardisierung des
Geräteaufbaus über, wie wir ihn heute kennen. Zu dieser Zusammensetzung gehören
ein beweglicher Patiententisch, eine frei um 360 Grad rotierbare Gantry und ein
leistungsfähiges Planungssystem. Die Entwicklung von in der Rotation frei beweglichen
Patiententischen [13] und die Arbeit an intensitäts-modulierter Radiotherapie [7]
folgten. Ein Vertreter dieser neueren Geräte ist mit dem stereotaktischen
Linearbeschleuniger Novalis von der Firma Brainlab Basis und Ziel der
Untersuchungen.
Es ist jedoch nicht nur die Fähigkeit zur stereotaktischen Radiotherapie, die das
Novalis zu einem besonderen Vertreter der Linearbeschleuniger macht, sondern auch
seine moderne Patientenlagerung auf Basis der IGRT. Dies ist die Abkürzung für die
Technik der Image-Guided-Radio-Therapy, welche als eine weitere wichtige
Entwicklung auf dem Weg zu einer präzisionsgesteigerten Strahlentherapie zu sehen
ist. Bei diesem Verfahren werden die Patienten mittels bildgebender Technik im
direkten Abgleich zu den in der Bestrahlungsplanung angefertigten Zielaufnahmen
gelagert [15]. Dies führt zu einer verbesserten Positionierungsgenauigkeit und
Reproduzierbarkeit der Patientenlagerung [9].
Um den Patienten nach einer genauen Lagerung auch in seiner korrekten Position
während der Bestrahlung zu halten, war auch eine Weiterentwicklung im Bereich der
7 Patientenfixierung an dem Patiententisch notwendig. In der Neurochirurgie wird zur
Fixierung des Patientenkopfes während der Bestrahlung ein Metallring verwendet, der
mittels knöcherner Fixierung über Metallstifte am Schädel des Patienten angebracht
wird [27]. Diese Technik verspricht eine absolute Fixierung des Ringes am Schädel
und somit des Patientenkopfes am Bestrahlungstisch. Bei der Behandlung
intrakranieller Läsionen hat die stereotaktische Radiotherapie dieses Verfahren
übernommen. Unter Radiochirurgie versteht man Techniken der Strahlentherapie, die
durch eine sehr genaue Applizierung besonders hohe Dosen von Strahlung in ein
Zielvolumen bringen [31]. Die Nachteile bei der Verwendung des stereotaktischen
Befestigungsringes sind jedoch schnell erkenntlich. So ist die Technik invasiv, was zu
einer körperlichen und seelischen Belastung des Patienten führt. Auch ist mit dieser
Form der Bestrahlung eine Fraktionierung der Behandlung, wie sie bei gewissen
Tumorarten nachweislich Behandlungsvorteile mit sich bringt [10], leider nicht möglich.
Dies wird bedingt durch den hohen Aufwand, die die Anbringung des Ringes mit sich
bringt, und die begrenzte Dauer, die der Patient den Ring tragen kann. Aus den
genannten Gründen verwendet man bei der täglichen Bestrahlungsroutine eine andere
Technik zur Patientenfixierung. Mit modernen Linearbeschleunigern wurde auch eine
fortschrittlichere Fixationsmethode entwickelt, die den Patienten mit einer dem Gesicht
aufliegenden Maske am Patiententisch fixiert. Diese wird jedem Patienten vor der
Behandlung mittels eines thermoplastischen Stoffes angepasst und individuell
hergestellt [4]. Da die Masken auf dem Patientengesicht nur aufliegen und nicht direkt
mit diesem verbunden sind, entsteht eine Problematik, die wir aus der konventionellen
Strahlentherapie kennen – die Bewegung des Patienten während seiner Behandlung,
welche man auch intrafraktionelle Patientenbewegung nennt. Diese Bewegung und die
somit denkbare Abweichung vom Lagerungsoptimum des Patienten soll ein zentraler
Punkt der Untersuchungen sein. Es soll geprüft werden, wie stark die mögliche
verbleibende Bewegung des Patientenkopfes trotz der Maskenfixierung ist. Ebenfalls
ist es von Bedeutung, zu untersuchen, von welchen Abweichungen bei der
Anfangspositionierung des Patienten vor dem Bestrahlungsbeginn auszugehen ist. Es
wurden auch einige Patienten am Körper bestrahlt, bei denen keine weitere Fixierung
nach der Positionierung die Lage sichert. Es ist interessant zu beobachten, wie stark
sich deren Abweichungen von deren am Kopf bestrahlten Patienten unterscheiden.
Wichtig sind diese gesamten Daten, um für den klinischen Alltag kleinstmögliche aber
ausreichend große Sicherheitsräume für geplante Bestrahlungsvolumina zu definieren,
wodurch alle Patienten einen dauerhaften Vorteil davon tragen, da Nebenwirkungen
reduziert werden. Mit dem gewonnenen Ergebnis soll für die weitere Arbeit an dem
8 Gerät eine Empfehlung für die zu verwendenden Sicherheitsvolumina gegeben
werden.
Ebenfalls ist es eine Zielstellung der Untersuchungen, mit den gewonnenen Daten zu
entscheiden, ob mit der gemessenen Stärke der intrafraktionellen Patientenbewegung
und der Positionierungsgenauigkeit am Novalis die Durchführung einer rahmenlosen
Radiochirurgie für den Patienten möglich und zu rechtfertigen ist. Da bei der
Radiochirurgie eine sehr hohe Dosis in einer einzigen Behandlungssitzung in das
Zielvolumen gebracht wird, verwendet man zu diesen besonderen Eingriffen den
beschriebenen stereotaktischen Ring, der den Patientenkopf fest mit dem
Behandlungstisch verbindet. Rahmenlose Radiochirurgie bedeutet einen vollständigen
Verzicht auf den Einsatz des stereotaktischen Rings und den vollständigen Ersatz von
diesem durch die Maskenfixierung. Dies ist nur denkbar, wenn die Maskenfixierung in
ihrer Positionierungsgenauigkeit und Unterdrückung von intrafraktioneller Bewegung
nachweislich ähnlich gute Ergebnisse liefert, wie sie die Ringfixierung in
vorhergehenden Untersuchungen schon bewiesen hat [25]. Diese Frage sollen die
Ergebnisse der Untersuchung klären, um zu ermöglichen, die stereotaktische
Radiotherapie auch an der Strahlenklinik Erlangen einführen zu können.
Mit der Erhebung der Daten ist es durchführbar, allen untersuchten Patienten mit ihren
aufgenommenen Merkmalen eine intrafraktionelle Bewegung und
Positionierungsgenauigkeit zuzuordnen. Es wird deshalb analysiert, ob in dem
untersuchten Kollektiv möglicherweise auffällige Zusammenhänge zwischen
Patientenmerkmalen und Bestrahlungsgenauigkeit zu entdecken sind. Zur
Formulierung von Zusammenhängen und ihrer Ausrichtung von gewissen
Patientenmerkmalen zu Bestrahlungsungenauigkeiten, ist das Studiendesign jedoch
nicht speziell genug. Ziel soll es sein, mit den zur Verfügung stehenden Daten, eine
Übersicht zu geben und möglicherweise genauere Untersuchungen anzustoßen.
9 4. Material und Methode 4.1 Das Novalissystem
Alle Untersuchungen wurden an dem Novalis-Linearbeschleuniger der Strahlenklinik
der Universitätsklinik Erlangen-Nürnberg durchgeführt.
Das Novalissystem ist ein Linearbeschleunigersystem zur nicht invasiven
stereotaktischen Radiochirurgie und Radiotherapie der Firma Brainlab. Es eignet sich
besonders zur präzisen Bestrahlung von Tumoren, die von empfindlichen und zu
schützendem Gewebe umgeben sind, wie Kopf - und Halstumoren. Seine Multileaf -
Kolliminatoren erlauben eine Feldeinstellung von 100mm x 100mm bis 3mm x 3mm
und ermöglichen so auch die Behandlung von kleineren Tumorvolumina. Die
Behandlungseinheit nutzt eine Photonenenergie von 6 Megavolt mit einer maximalen
Dosisrate von 160 -800 cGy pro Minute. Die Gantry ist um 360° frei drehbar und der
Behandlungstisch ist in einer Freiheit von 190° einstellbar. Die im System enthaltene
Software und Hardware ermöglichen verschiedene Bestrahlungstechniken, wie
Conformal Beam, Conformal Arc und IMRT. Das System ermöglicht eine
bildgesteuerte Lagerung mittels Röntgen und Infrarottechnik (ExacTrac – oder
Bodysystem). Die geometrischen Eigenschaften und die Dosisgenauigkeit des Gerätes
entsprechen sehr hohen Ansprüchen [8].
Abb. 1 Novalis Linearbeschleuniger [3]
10 4.2 Indikationsstellung zur Bestrahlung
Die stereotaktische Strahlentherapie wurde zur Bekämpfung benigner und maligner
Tumoren entwickelt [31]. Bis zu 3 cm große, in ihrer Form sphärische Zielvolumina
eignen sich besonders gut für diese Form der Bestrahlung. Häufig ist die Behandlung
von arteriovenösen Malformationen und zerebralen Hirnmetastasen, aber auch eine
Behandlung funktioneller Erkrankungen wie der Trigeminusneuralgie oder des Morbus
Parkinson möglich.
4.3 Bestrahlungsplanung
Die Bestrahlungsplanung findet bei dem Novalissystem mit Hilfe eines CT- oder MRT-
Gerätes statt. Zur Fixierung des Patienten und späteren räumlichen Orientierung muss
der Patient während dieser Untersuchung schon seine stereotaktische Kopfmaske
tragen. Deshalb wird diese schon vorher angefertigt. Die Bilder werden als Grundlage
für die folgende Bestrahlungsplanung genutzt. Als Berechnungsgrundlage werden
beim CT die Hounsfieldeinheiten und beim MRT die Weichteildichte der verschiedenen
Gewebe verwendet. Mit diesen kann die räumliche Verteilung der Bestrahlungsdosis
berechnet und vorausgesagt werden.
4.4 Onkologische Volumina
Der ICRU-Report 50 [14] definiert in der Bestrahlungsplanung wichtige und gängige
Tumorvolumen. Das Volumen der reinen Tumormasse wird dabei als GTV (Gross
Tumor Volume) bezeichnet. Das CTV (Clinical Target Volume) schließt das um den
Tumor liegende suspekte Gewebe mit ein, dass schon infiltriert oder subklinisch
metastasiert sein kann. Auch nicht befallene Lymphknoten gehören je nach Staging
und Grading dazu. Das darum liegende PTV (Planning Target Volume) berücksichtigt
geometrische Ungenauigkeiten, die durch Patienten und Organbewegungen sowie
durch ungenaue Einstellung des Patienten entstehen.
11 4.5 Positionierung mit Hilfe des ExacTrac
Die stereotaktische Radiotherapie ist durch sehr hohe Strahlungsdosen und relativ
kleine Tumorvolumina charakterisiert. Um diese zu ermöglichen und das den Tumor
umgebende Gewebe im ausreichenden Maße zu schützen, ist neben einer genauen
und intelligenten Bestrahlungsplanung auch eine präzise und zuverlässige
Positionierung des Patienten vor jeder Bestrahlungseinheit unbedingt erforderlich. Das
Novalis nutzt hierbei einen Vertreter des Ansatzes der bildgesteuerten Strahlentherapie
(IGRT), das ExacTrac [15]. Dieses ermöglicht eine genaue Positionsanalyse der
knöchernen Strukturen der Patienten zur Einstellung des Isozentrums vor jeder
Behandlungseinheit. Es arbeitet mit den Prinzipien der Infrarotlokalisation, des
stereoskopischen Röntgens und einer sechsdimensionalen Bilderfusion. Im Folgenden
werden die einzelnen Bestandteile und Funktionsweisen des Systems genauer
erläutert [3].
4.6 Infrarotpositionierung
4.6.1 Hardware
Kamera
In dem Behandlungsraum ist über den Füßen des Patienten eine Leiste an der Decke
angebracht. Auf dieser befinden sich 2 Infrarot- und eine Videokamera, die auf den
Patiententisch ausgerichtet sind.
Durch ihre diagonale Ausrichtung auf der Leiste können die beiden Infrarotkameras die
auf dem Patienten angebrachten reflektierenden Körpermarkierungen in ihrer
räumlichen Position wahrnehmen. Mit diesen Informationen kann das System die
Position der Marker automatisch mit den in der Bestrahlungsplanung vorgesehenen
Positionen vergleichen. So ist eine erste und vorläufige Patientenpositionierung
möglich.
Abb. 2 Infrarot und Videosystem mit Kameras [3]
12
Körpermarker
Den Infrarotkameras dienen kleine runde reflektierende Körpermarker als Orientierung.
Diese können entweder selbstklebend an definierten Körperstrukturen des Patienten
angebracht werden oder mittels eines Haltesockels an verteilten Punkten der
Fixationsmaske. Die Marker bestehen bei der Bestrahlungsplanung im CT aus dem
röntgendichten Aluminium, später bei der Bestrahlung dann aus Plastik.
Stereotaktische Kopfmaske
Zur Positionierung und Fixierung des Patienten wird als non-invasive Methode am
Novalis ein thermoplastisches Maskensystem verwendet. Dieses wird für jeden
Patienten individuell angefertigt, was beste Passgenauigkeit garantiert. Die Maske
besteht aus verschiedenen Elementen, die den Patientenkopf an Gesicht, Hinterkopf,
Nasenrücken und Zähnen fixieren. In einem 70-80°C warmen Wasserbad wird das
thermoplastische Material formbar gemacht, am Patienten angebracht und härtet dann
unter 30 Minuten Wartezeit zu einer festen Maske aus. Anschließend werden mehrere
Infrarotmarker angebracht, die für die Bestrahlungsplanung und Ausführung
unerlässlich sind.
Abb. 3 Körpermarker [3] Abb. 4 Haltesockel [3]
Abb. 5 Thermoplastische Kopfmaske [4]
13 Körperkreuz
Wird der Patient an einem Isozentrum außerhalb seines Kopf- und Halsbereiches
behandelt, dann kann das System leider nicht mit auf einer Maske angebrachten
Infrarotmarkern als Referenzpunkte arbeiten. In diesen Fällen kommt ein
Positionierungskreuz zum Einsatz. Dieses wird während der Positionierung und
Bestrahlung von der MTA an einer Seite des Patiententisches in dem Sichtfeld der
Infrarotkamera angebracht. So dient es dem System mit seinen 4 reflektierenden
Markern als Orientierung für seine Berechnungen und behindert bei korrekter
Anbringung nicht die Bewegungen des Patiententisches und der Gantry.
Patiententisch
Der Patiententisch ist für seine Aufgaben während der Positionierung und Bestrahlung
optimiert. Seine Oberfläche besteht aus Karbonfasermaterial, das eine homogene
Verteilung der Strahlendosen und eine gute Bilderqualität beim stereoskopischen
Röntgen ermöglicht. Er ist in allen drei Raumachsen um die Gantry einstellbar.
Steuerbar ist der Tisch manuell von der MTA und automatisch vom ExacTrac. Somit ist
er ein aktives und zentrales Element der korrekten Patientenpositionierung.
Abb. 7 Infrarotkreuz [3] Abb. 6 Befestigung am Tisch [3]
Abb. 9 Behandlungstisch [3]
14 4.6.2 Aufgabe und Durchführung
Die Prä-Positionierung ist der erste Teil einer Positionierungsprozedur, bei der das
System das zu behandelnde Isozentrum des Patienten mit Hilfe von Infrarotkameras
und Körpermarkern in seine geplante Bestrahlungsposition bringt. Während der
Bestrahlungsplanung wird ebenfalls die genaue Position der Infrarotmarker definiert.
Nach Auflage des Patienten und Fixierung mit der Kopfmaske analysiert das System
mit Hilfe der Infrarotkameras die momentane Position der reflektierenden Marker. Ist
diese bekannt, kann die nötige Tischbewegung zur korrekten Einstellung des
Isozentrums berechnet und ausgeführt werden. Befinden sich die Infrarotmarker
ausreichend genau in ihrer definierten Position, so kann eine genauere
Positionsanalyse durch das stereotaktische Röntgen folgen.
Wird der Patient ohne Kopfmaske frei auf dem Tisch gelagert, orientiert sich die MTA
an Körperzeichnungen, die bei der Bestrahlungsplanung und der Erstpositionierung an
den Patienten angebracht wurden. Das System stellt dann mit der Analyse des
Körperkreuzes eine Lagereferenz zum Patiententisch her, um später berechnete nötige
Tischbewegungen ausführen zu können.
Röntgenpositionierung
Abb. 10 Systemdialog bei der Positionierung [3]
15 4.7 Positionierung mit stereotaktischer Bildgebung
4.7.1 Hardware
Links und rechts vom Patienten sind 2 Röntgenröhren als Boxen in den Boden
montiert. Diese sind diagonal zueinander auf den Patienten gerichtet. Als Empfänger
der Strahlen dienen 2 an der Decke angebrachte flache Silikondetektoren (20,4cm x
20,4cm). Röhre und ein Detektor liegen 3,6m voneinander entfernt. Zusammen stellen
sie eine bildgebende Einheit, so dass bei dem Verfahren 2 Röntgenbilder entstehen.
Gesteuert werden die Röhren von einer Konsole außerhalb des Raumes.
4.7.2 Aufgabe und Durchführung
Vor jeder Bestrahlung wird eine Planungscomputertomographie angefertigt. Nach
Festlegung der verschiedenen Bestrahlungsvolumina und des Isozentrums werden aus
dem CT-Datensatz digital rekonstruierte Röntgenaufnahmen (DRR) erstellt. Dieses
sind virtuelle Röntgenbilder, die die Aufnahmen des stereoskopischen Röntgens bei
korrekter Patientenlagerung simulieren. Die DRRs werden mit den Patientendaten im
System gespeichert und bei jeder Bestrahlungseinheit geladen. Sie bilden somit die
Referenz für die aktuellen Positionierungsbilder.
Die Korrektur der Patientenlage erfolgt durch Vergleich der aktuellen aufgenommenen
Positionierungsbilder mit den geladenen DRR-Referenzbildern. Diese werden dazu
miteinander fusioniert. Das System orientiert sich dabei an den in den Bildern
erkennbaren knöchernen Strukturen. Eine Fusionssoftware berechnet eine mögliche
Abb. 11 Röntgensystem des ExacTrac [3]
16 notwendige Positionskorrektur für alle 3 Körper- und Rotationsachsen des Patienten.
Die Korrekturbewegung wird vorgeschlagen und kann für alle 3 Körperachsen manuell
von der MTA oder automatisch vom Bestrahlungstisch ausgeführt werden. Nach
erfolgter Positionskorrektur werden ein weiteres Mal stereoskopische Bilder zur
Ergebniskontrolle generiert. Erst bei ausreichender Deckung der Bilder mit den DRRs
kann eine Bestrahlung begonnen werden. Bei nicht zufriedenstellender Deckung wird
jedoch eine erneute Korrekturbewegung nach beschriebener Technik errechnet und
durchgeführt.
Abb. 12 Manuelle Bilderfusion [3]
Abb. 13 Lagekorrekturvorschlag des Systems [3]
17 4.8 Das Patientenkollektiv
Es wurden 30 Patienten während ihrer geplanten Bestrahlung im Novalissystem auf
Lagerungsungenauigkeit und intrafraktionelle Bewegung untersucht. Verschiedene
Merkmale der Patienten wurden dabei aufgenommen, dokumentiert und werden hier
aufgeführt.
Tumorarten:
Die bestrahlten Tumorentitäten waren in ihrer Art vielfältig und nicht auf eine bestimmte
Tumorgruppe ausgerichtet. In der folgenden Tabelle befindet sich eine Auflistung der
bestrahlten Tumoren mit ihrer Häufigkeit im Patientenkollektiv.
Akustikus – Neurinom 2
Astrozytom 1
zerbrale Metastase eines
bronchialen Karzinoms 5
Chondrosarkom 1
Hirnmetastase Rectum Ca 1
Hypophysenadenom 4
Kraniopharyngeom 1
Malignes Melanom 1
Meningeom 3
Nierenmetastase eines
bronchialen Karzinoms 1
Metastasen eines
malignes Melanoms 1
Morbus Cushing 1
Oligoastrozytom 2
ossäre Metastasen
Nierenzell-Ca 1
Parotis-Ca 1
pilozytisches Astrozytom 1
Prostata-Karzinom 2
Rezidivierendes
Glioblastom 1
Total 30
Tabelle 1 Häufigkeitsverteilung der Tumorentitäten
18 Alter der Patienten
Das Alter der untersuchten Patienten umfasst eine Spanne von 7 bis 75 Jahren. Das
Durchschnittsalter und das mediane Alter betragen 51 Jahre bei einer
Standardabweichung von 18 Jahren.
Anzahl der untersuchten Bestrahlungen
Die Anzahl der untersuchten Bestrahlungen pro Patient ist abhängig von der Anzahl
der geplanten und durchgeführten Bestrahlungen am Novalissystem im genannten
Untersuchungszeitraum. Die Spannweite geht dabei von 1- 17 Untersuchungen pro
Patient. Durchschnittlich wurden bei einer Standardabweichung von 4 Bestrahlungen 7
Bestrahlungen pro registrierten Patienten begleitet.
__
Mean =51,23Std. Dev. =17,898
N =30
3
2
1
0806040200
Alter
Freq
uenz
80
60
40
20
0
Alte
r
Mean =7,3333Std. Dev. =4,70021
N =30
20,0015,0010,005,000,00
4
3
2
1
0
Anzahl Messungen
Freq
uenz
20
15
10
5
0
Best
rahl
unge
n
Abb. 14 Boxblot Altersverteilung Abb. 15 Diagramm Altersverteilung
Abb. 16 Boxblot Anzahl Bestrahlungen Abb. 17 Diagramm Anzahl der Bestrahlungen
19 Body – Mass – Index
Bei der Untersuchung wurden das Gewicht und die Größe der Patienten dokumentiert
und der Body – Mass – Index (BMI) errechnet. Der Durchschnittswert liegt im Kollektiv
bei 26 und erstreckt sich von 18 als Minimalwert bis 35 Punkten als Maximalwert bei
einer Standardabweichung von 4,3 Punkten.
Anzahl der bestrahlten Isozentren
Im Patientenkollektiv befinden sich 5 Patienten, die mehrere zu bestrahlende
Tumorlokalisationen vorwiesen und deshalb während der Bestrahlung auf zwei
verschiedene Isozentren eingestellt werden mussten. Da aber bei der Umlagerung des
Patienten von dem einem auf das andere Zentrum die komplette Lagerungs- und
Positionierungsprozedur von der MTA und dem System durchgeführt werden muss,
wurden die Bestrahlungen der verschiedenen Zentren in der Arbeit als
Einzelbestrahlungseinheiten unabhängig voneinander auf ihre Lagerungsungenauigkeit
überprüft.
35
30
25
20
BM
I
Mean =26,3833Std. Dev. =4,34448
N =30
403530252015
4
3
2
1
0
BMIFr
eque
nz
Abb. 18 Boxblot Verteilung BMI Abb. 19 Diagramm Verteilung BMI
20 Lagerung
Von 30 Patienten wurde eine Mehrzahl von 26 Patienten mit Hilfe der Maskenlagerung
am Kopf bestrahlt. Davon erhielten 24 eine weiße Kopfmaske, ein Patient eine weiße
Kopf-Schultermaske und ein Patient eine blaue Kopf-Schultermaske. Eine Minderzahl
von 4 Patienten wurde ohne Fixierung mit Kniekissen und in Rückenlagen an einer
Lokalität im Thorax oder Becken bestrahlt.
Bestrahlungstechnik
Von den 30 Patienten wurden 19 mit der Technik des Conformal Beam bestrahlt, 10
Patienten in der Technik des Conformal Arc und ein Patient mit der IMRT-Technik
bestrahlt.
Frequenz Prozent
Conformal Beam 19 63,3
IMRT 1 3,3
ConfArc 10 33,3
N 30
Frequenz Prozent
Kopfmaske weiß 24 80,0
Kopf-Schulter blau 1 3,3
Kopf-Schulter weiß 1 3,3
Rückenlage, Kniekissen,
Fußkissen 4 13,3
N 30
Tabelle 2 Patientenlagerung
Tabelle 3 Bestrahlungstechnik
21
Fraktionierung
21 Patienten wurden konventionell und 9 Patienten hypofraktioniert behandelt.
Frequenz Prozent
Konventionell 21 70,0
Hypofraktioniert 9 30,0
N 30
Tabelle 4 Fraktionierung
22 4.9 Messung der intrafraktionellen Verschiebung
4.9.1 Untersuchungsablauf
Zur Messung und Berechnung der Bewegung eines Körpers braucht man mindestens
2 Positionsangaben, die dieser in seiner Bewegung durchlaufen hat. Das im Gerät
integrierte Kamerasystem würde eine dauerhafte Beobachtung der auf der
Patientenmaske angebrachten Infrarotmarker erlauben. Dies ist jedoch für die
Messungen ungeeignet, da die Bewegung der Patientenmaske nicht im vollen Maße
die Bewegung des Kopfes in der Maske widerspiegelt. Darum wird zur Lagekontrolle
der Patienten das stereotaktische Röntgensystem des Gerätes verwendet, was eine
genauere und störungsfreie Positionsangabe der Patientenstrukturen ermöglicht. Um
den Ablauf der Patientenbehandlung am Beschleuniger möglichst wenig zu stören und
einen ungehinderten Arbeitsablauf in der Klinik weiterhin zu ermöglichen, fiel die
Entscheidung für eine Positionsuntersuchung der Patientenkörper unmittelbar vor
Beginn und direkt nach der Bestrahlung. Aus diesen 2 Lageangaben lässt sich im
Folgenden die intrafraktionelle Verschiebung berechnen. Die in der Arbeit aufgeführten
Bewegungsangaben beschreiben demnach die Patientenbewegung vom Anfang zum
Ende der Bestrahlung.
Bei der bildgesteuerten Positionierung des Patienten errechnet das ExacTrac wie
beschrieben mittels der Anfertigung von stereoskopischen Röntgenbildern und einer
nachgeschalteten Bilderfusion mit geladenen digital rekonstruierten Röntgenbildern
(DRR) die Entfernung der knöchernen Strukturen des Patienten von der in der
Bestrahlungsplanung vorgesehenen Lagerung und berechnet eine für die optimale
Lagerung notwendige Korrekturbewegung. Versteht man die geplante
Bestrahlungsposition des Isozentrums als Ausgangspunkt eines Vektorraumes, dann
kann man die Entfernungsberechnung des ExacTrac vom Optimum in allen 3
Bewegungsachsen als die Angabe eines Ortsvektors in einem vektoriellen Raum
verstehen. Um den Endpunkt der intrafraktionellen Bewegung nach der Bestrahlung zu
erhalten, wird zum Bestrahlungsende eine weitere, sonst nicht übliche
Positionierungskontrolle des ExacTrac nachgeschaltet. Was man erhält, ist eine
zusätzliche Angabe über die Entfernung des Patienten von seinem Lagerungsoptimum
im vektoriellen Raum. Die Differenz dieser beiden so erhaltenen Ortsangaben gibt
genaue Auskunft über die intrafraktionelle Patientenbewegung.
23
Der Ablauf der Untersuchung am System gliederte sich in folgende Einzelschritte:
1. Lagerung und Fixierung des Patienten auf dem Behandlungstisch.
2. Positionierung mittel Infrarotkameras oder Patientenbemalung.
3. Anfertigung stereotaktischer Röntgenbilder.
4. Fusion der stereotaktischen Bilder mit virtuell rekonstruierten Bildern aus der
Planungscomputertomographie.
5. Berechnung nötiger Korrekturbewegung.
6. Ausführung der möglicherweise nötigen Tischbewegungen.
7. Wiederholung der Schritte 3, 4 und 5.
8. Wenn eine weitere Lagerungskorrektur nötig ist, dann Wiederholung des
Schrittes 6 mit anschließender Wiederholung des Schrittes 7.
9. Ausführung der Bestrahlung.
10. Erneutes Anfertigen stereotaktischer Röntgenbilder.
11. Erneute Fusion stereoskopischer Bilder mit den virtuell rekonstruierten Bildern
aus der Planungscomputertomographie.
12. Letzte Berechnung der nötigen Korrekturbewegung anhand der knöchernen
Strukturen.
24 4.9.2 Berechnung der intrafraktionellen Bewegung
Ausrichtung des Patienten im stereotaktischen System
Eine Ausrichtung im stereotaktischen System bedeutet, dass der Patient nach einem
geplanten Modell in einem dreidimensionalen Raum gelagert wird. Zur Planung und
Lagerung wird dabei ein virtueller Raum benutzt, in dem 3 Raumachsen und 3
Rotationsachsen definiert sind. Die Position des Patienten wird vom Planungssystem
als Position auf diesen Achsen angegeben. Verschiebungen und Rotationen werden
ebenfalls als Veränderungen in diesen Achsen dargestellt.
In den Berechnungen werden die Achsen mit folgenden Variablennamen aus Tabelle 5
bezeichnet.
Vertikale
Verschiebung
Longitudinale
Verschiebung
Laterale
Verschiebung
Vertikale
Rotation
Longitudinale
Rotation
Laterale
Rotation
X
Y
Z
X°
Y°
Z°
Abb. 20 Bezeichnung der Bewegungs- und Rotations- Achsen [21]
Tabelle 5 Variablenbezeichnung
25 Korrekturempfehlung des Systems
Das ExacTrac gibt die Entfernung vom Lagerungsoptimum als nötige
Korrekturbewegung in drei Raum- und Rotationsachsen an.
Wenn man die Korrekturbewegung als Ortsvektoren benutzt, kann man den
Richtungsvektor der intrafraktionellen Bewegung folgendermaßen berechnen.
B = Bewegungsvektor
Ia = Isozentrum vor Bestrahlung
Ib = Isozentrum nach der Bestrahlung
(Ia ) + |B| = (Ib)
(Ia ) - (Ib) = |B|
Dementsprechend lässt sich für die Fälle die intrafraktionelle Bewegung
folgendermaßen zusammenfassen.
X vor BestrahlungY vor BestrahlungZ vor Bestrahlung
− X nach BestrahlungY nach BestrahlungZ nach Bestrahlung
= 퐵
Abb. 21 Berechnete Korrekturempfehlung des ExacTrac [3]
26 Bewegungsvektor als Betrag
Die Bildung des Betrags des Bewegungsvektors hat den Sinn, dass so die
intrafraktionelle Bewegung in der weiteren Arbeit als eine alleinige Größe mit einem
festen Betrag betrachtet werden kann und sich nicht mehr in seine einzelnen
Bewegungen in den 3 Raumebenen aufgliedert. Dies ist vor allem bei den folgenden
statistischen Erhebungen notwendig.
Vektorbetrag
Im dreidimensionalen Raum kann der Betrag eines Vektors nach dem Satz des
Pythagoras berechnet werden:
|푎⃗| = 푎 + 푎 + 푎
Die einzelnen Komponenten a1 bis a3 stellen dabei die Bewegungen des Patienten in
X, Y und Z-Richtung im stereotaktischen Raum dar.
4.10 Statistische Grundlagen
Die bivariate Statistik
Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit ist es, zu untersuchen, ob die Merkmale eines
Patienten und die Art seiner Behandlung einen Einfluss auf seine
Lagerungsgenauigkeit und intrafraktionelle Bewegung während der Bestrahlung haben.
Diese Frage aus den stochastischen Untersuchungsdaten zu beantworten, ist Aufgabe
der bivariaten Statistik und ihrer verschiedenen Techniken [32].
27 Die Kovarianz
Die Kovarianz ist der elementare Parameter des Korrelationskoeffizienten. Sie
beschreibt das durchschnittliche Produkt der Abweichungen zweier Merkmale von
ihren Mittelwerten.
Korrelationskoeffizient nach Pearson
Der Korrelationskoeffizient nach Pearson dient als ein normiertes Maß der
Quantifizierung linearer Zusammenhänge. Er berechnet sich durch den Quotienten der
Kovarianz der beiden Merkmale mit ihren Standardabweichungen. Er kann nur Werte
zwischen 1 und -1 annehmen und ist dimensionslos. Ein positiver Wert beschreibt
einen gleichsinnigen, ein negativer einen gegensinnigen Zusammenhang zweier
Merkmale. Nimmt der Koeffizient die Werte 1 oder -1 an, dann ist der Zusammenhang
der beiden Merkmale ausnahmslos durch eine exakte lineare Gleichung zu
beschreiben. Je näher der Betrag des Koeffizienten an dem Mittelpunkt 0 liegt, desto
schwächer ist der vermeidliche Zusammenhang. Die Interpretation des Wertes ist
schwierig und muss mit Vorsicht betrieben werden. Es ist zu prüfen, ob der formale
Zusammenhang, der von dem Koeffizienten beschrieben wird, auch inhaltlich mit einer
nachzuvollziehenden Kausalität gedeckt werden kann. Des Weiteren muss untersucht
werden, ob der formale Zusammenhang nicht durch Extremwerte oder inhomogene
Verteilungen in den Untersuchungswerten erzeugt wird.
P-Wert und Signifikanzniveau
Möchte man die Signifikanz seines Testergebnisses überprüfen, so muss man
untersuchen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass das besagte Ergebnis nur aus
Zufall entstanden ist. Dazu berechnet man den p-Wert. Dieser quantifiziert die
Wahrscheinlichkeit, dass die Nullhypothese abgelehnt wird, obwohl sie eigentlich
angenommen werden müsste. Dazu legt man sich vor seinen Untersuchungen auf ein
Signifikanzniveau fest. Dieses liegt bei unseren Untersuchungen bei 5%. Das bedeutet,
dass wir ein Ergebnis für signifikant erkennen, wenn die statistische
Irrtumswahrscheinlichkeit bei unter 5% liegt.
28 5. Auswertung und Ergebnisse
5.1 Entfernungen der Patienten vom Lagerungsoptimum bei Bestrahlung von Isozentren des Kopfes
Zur Messung der Abweichung der Lokalisation des Isozentrums von seiner optimalen
Lagerung wird der letzte Korrekturvorschlag des 6D-Fusionsprogramms des ExacTrac
verwendet. Es beschreibt die endgültige Lage des Isozentrums vor Beginn der
Bestrahlung.
X in
mm
Y in
mm
Z in
mm
X° in
Grad
Y° in
Grad
Z° in
Grad
Negatives Maximum -0,97 -1,30 -1,73 -1,92 -2,79 -2,63
Positives Maximum 1,15 0,90 1,52 4,53 4,51 4,60
Wie man sieht, wurde im Kopfbereich keine Bestrahlung gestartet, die sich mehr als
1,73mm vom geplanten Lagerungsoptimum befand. Keine Bestrahlung startete mit
mehr als 4,6° Rotationsungenauigkeit.
Um eine sinnvolle Aussage über die durchschnittliche Entfernung des Isozentrums vom
Lagerungsoptimum in allen Richtungen zu treffen, ist es notwendig mit den Beträgen
der Entfernungsangaben zu arbeiten.
|X| in
mm
|Y| in
mm
|Z| in
mm
|X°| in
Grad
|Y°| in
Grad
|Z°| in
Grad
Durchschnitt 0,27 0,33 0,50 0,73 0,91 0,87
Median 0,20 0,25 0,40 0,63 0,69 0,82
Standardabweichung 0,24 0,28 0,39 0,61 0,80 0,59
Die medianen und durchschnittlichen Abweichungen überschreiten 0,5 Millimeter und
ein Grad nicht.
Tabelle 6 Extremwerte der Abweichung vor Beginn der Bestrahlung von Isozentren des Kopfes
Tabelle 7 Durchschnittswerte der Abweichung vor Beginn der Bestrahlung von Isozentren des Kopfes
29
Die Abweichungen von dem Lagerungsoptimum nach beendeter Bestrahlung zeigen
ein anderes Bild.
NX in
mm
NY in
mm
NZ in
mm
NX° in
Grad
NY° in
Grad
NZ° in
Grad
Negatives Maximum -1,14 -1,61 -3,03 -2,23 -2,91 -2,46
Positives Maximum 1,39 1,03 3,34 4,72 4,54 2,56
|NX| in
mm
|NY| in
mm
|NZ| in
mm
|NX°|
in Grad
|NY°|
in Grad
|NZ°|
in Grad
Durchschnitt 0,32 0,48 0,68 0,74 1,00 0,83
Median 0,26 0,39 0,47 0,62 0,81 0,75
Standardabweichung 0,25 0,37 0,63 0,64 0,83 0,55
Die Werte nach der Behandlung sind in ihren Extremwerten und Durchschnittswerten
größer als vor der Behandlung. Die Lage der Isozentren hat sich während der
Bestrahlung vom Lagerungsoptimum entfernt.
Tabelle 8 Extremwerte der Abweichung nach der Bestrahlung von Isozentren des Kopfes
Tabelle 9 Durchschnittswerte der Abweichung nach der Bestrahlung von Isozentren des Kopfes
30 5.2 Entfernungen der Patienten vom Lagerungsoptimum bei Bestrahlung von Isozentren des Körpers
X in
mm
Y in
mm
Z in
mm
X° in
Grad
Y° in
Grad
Z° in
Grad
Negatives Maximum -3,04 -1,95 -1,58 -3,90 -4,58 -3,78
Positives Maximum 4,54 1,59 1,07 4,04 0,29 3,20
|X| in
mm
|Y| in
mm
|Z| in
mm
|X°| in
Grad
|Y°| in
Grad
|Z°| in
Grad
Durchschnitt 0,91 0,69 0,46 1,45 1,64 1,54
Median 0,63 0,57 0,37 0,95 1,16 1,30
Standardabweichung 0,98 0,51 0,39 1,19 1,53 1,01
Die Lagerungsabweichungen bei der Bestrahlung von Isozentren des Körpers sind
größer. Eine besonders große Abweichung ist mit 0,9mm in der X-Richtung zu
beobachten. Auch die Rotationen sind mit maximalen Werten über 4 Grad stärker.
NX in
mm
NY in
mm
NZ in
mm
NX° in
Grad
NY° in
Grad
NZ° in
Grad
Negatives Maximum -7,33 -4,66 -4,17 -3,40 -4,94 0,31
Positives Maximum 7,73 5,85 1,04 1,74 0,88 3,90
Tabelle 10 Extremwerte der Abweichung vor Beginn der Bestrahlung von Isozentren des Körpers
Tabelle 11 Durchschnittswerte der Abweichung vor Beginn der Bestrahlung von Isozentren des Körpers
Tabelle 12 Extremwerte der Abweichung nach der Bestrahlung von Isozentren des Körpers
31
|NX| in
mm
|NY| in
mm
|NZ| in
mm
|NX°| in
Grad
|NY°| in
Grad
|NZ°| in
Grad
Durchschnitt 2,69 1,84 1,24 0,94 1,71 1,77
Median 2,53 1,45 1,04 0,67 1,32 1,54
Standardabweichung 2,06 1,44 0,80 0,82 1,30 0,94
Wie auch bei den Isozentren des Kopfes ist hier zu beobachten, dass die Entfernung
vom Lagerungsoptimum nach der Behandlung stärker ist. Bei den Körperpatienten ist
diese Abweichung noch um einiges stärker und erreicht Maximalwerte von fast 8
Millimeter und 5 Grad in der Fehlrotation.
5.3 Intrafraktionelle Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes
Die unter der Betrachtung der Anfangs- und Endwerte der Lagerungsungenauigkeiten
ergibt sich für die Isozentren des Kopfes folgendes Bild der Positionsdifferenzen. Diese
entsprechen in ihrer Form den absoluten intrafraktionellen Bewegungen in den Körper-
und Rotationsachsen.
Differenz
X in mm
Differenz
Y in mm
Differenz
Z in mm
Differenz
X° in
Grad
Differenz
Y° in
Grad
Differenz
Z° in
Grad
Durchschnitt 0,20 0,27 0,49 0,28 0,34 0,26
Median 0,14 0,21 0,32 0,19 0,19 0,14
Standard-
abweichung 0,20 0,24 0,54 0,31 0,45 0,49
Minimum 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00
Maximum 1,21 1,56 3,64 2,01 3,96 4,67
Wie man beobachten kann, liegt die abweichende Bewegung in den 3 Körperachsen
durchschnittlich im Bereich zwischen 0,2 und 0,5 Millimeter. In der Z – Achse ist die
intrafraktionelle Bewegung mit einem Durchschnittswert von 0,49 Millimeter und einem
Maximalwert von 3,64 Millimeter gegenüber den anderen Achsen leicht verstärkt.
Tabelle 13 Durchschnittswerte der Abweichung nach der Bestrahlung von Isozentren des Körpers
Tabelle 14 Positionsdifferenzen der Isozentren vor und nach der Bestrahlung
32 Die Rotationsbewegung zeigt in allen 3 Achsen ein eher konstantes Bild von einem
Viertel bis einem Drittel Grad.
Die intrafraktionelle Bewegung des Patienten als Gesamtvektor der 3 Körperachsen
Um die Bewegung des Isozentrums als einen einzelnen gerichteten Vektor
darzustellen, bildet man aus den Bewegungen in den 3 Köperachsen einen Vektor im
Vektorraum. Der Betrag dieses Vektors beschreibt die resultierende Bewegung des
Isozentrums im dreidimensionalen Raum.
N 185
Durchschnitt 0,67mm
Median 0,52mm
Standardabweichung 0,54mm
Minimum 0,08mm
Maximum 3,64mm
Man kann erkennen, dass die Gesamtbewegung des Patienten im Durchschnitt bei 0,5
Millimetern pro Bestrahlung liegt und ihr Maximum bei 3,64 Millimetern hat.
5.4 Intrafraktionelle Patientenbewegung von Isozentren des Körpers
Wie bei den Isozentren des Kopfes betrachtet man die Anfangs- und Endwerte der
Lagerungsungenauigkeiten für die Körperpatienten als Positionsdifferenzen. Für die
absoluten intrafraktionellen Bewegungen in den Körper- und Rotationsachsen ergaben
sich die folgenden Werte.
Differenz
X in mm
Differenz
Y in mm
Differenz
Z in mm
Differenz
X° in
Grad
Differenz
Y° in
Grad
Differenz
Z° in
Grad
Durchschnitt 2,13 1,55 0,94 1,11 0,75 0,66
Median 1,94 1,11 0,69 0,81 0,33 0,37
Standard-
abweichung 1,65 1,43 0,76 1,09 1,18 0,83
Minimum 0,03 0,10 0,05 0,01 0,01 0,00
Maximum 6,48 4,95 2,94 4,35 5,29 4,39
Tabelle 15 Gesamtvektor Kopfpatienten
Tabelle 16 Positionsdifferenz der Isozentren vor und nach der Bestrahlung
33
Die abweichende Bewegung in den 3 Körperachsen beträgt in Tabelle 16
durchschnittlich zwischen 1mm und 2mm. Eine Verstärkung in einer Achse ist weder in
den Körperachsen, noch in den Rotationsachsen zu erkennen. Die maximalen und
durchschnittlichen Werte übersteigen die der Kopfpatienten.
Die intrafraktionelle Bewegung des Patienten als Gesamtvektor der 3 Körperachsen
In Tabelle 17 folgt die Betrachtung des Gesamtvektors der Abweichungen.
N 33
Durchschnitt 3,12mm
Median 2,84mm
Standardabweichung 1,83mm
Minimum 0,38mm
Maximum 7,43mm
Auch die resultierenden Gesamtbewegungen bei den Isozentren der Körperpatienten
sind höher. Sie liegen durchschnittlich bei 3,12mm und finden ihr Maximum bei
7,34mm.
5.5 Einhaltung bestimmter Planungsvolumina unter Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes
Wie schon in der Einleitung beschrieben, sind in der Strahlentherapie bestimmte
Sicherheitsgrenzen um den Tumor definiert. Ausgehend von den Daten der absoluten
Entfernung des Isozentrums von seiner geplanten Lage vor und nach der Bestrahlung
kann man die Einhaltung bestimmter Sicherheitsvolumina kontrollieren. In der
kommenden Tabelle wird die Einhaltung gewisser Sicherheitsgrenzen bei den 185
Kopfbestrahlungen untersucht. Herangezogen werden Sicherheitsgrenzen von 1mm
bis 4mm. Man kann erkennen, in welcher absoluten Zahl und in welchem Prozentsatz
diese Grenzen während der Untersuchungen vor und nach der Bestrahlung respektiert
wurden. Betrachtet werden die Ergebnisse vor der Bestrahlung, nach der Bestrahlung
und das Ergebnis der Betrachtung einer gesamten Körperebene.
Tabelle 17 Gesamtvektor Körperpatienten
34
1mm 1mm
%
2mm 2mm
%
3mm 3mm
%
4mm 4mm
%
X vor
Bestrahlung
184 99,5 1 0,5 0 0 0 0
X nach
Bestrahlung
183 99,0 2 1 0 0 0 0
Gesamt X 367 99,2 3 0,8 0 0 0 0
Y vor
Bestrahlung
182 98,4 3 1,6 0 0 0 0
Y nach
Bestrahlung
164 88,6 21 11,4 0 0 0 0
Gesamt Y 346 93,5 24 6,5 0 0 0 0
Z vor
Bestrahlung
164 88,6 21 11,4 0 0 0 0
Z nach
Bestrahlung
136 73,5 41 22,2 7 3,8 1 0,5
Gesamt Z 300 81,1 62 16,8 7 1,9 1 0,3
N gesamt = 185 (370)
Die Wahrscheinlichkeit, dass in der X- und Y-Ebene ein 1mm Sicherheitssaum
überschritten wird, ist sehr klein (X= 0,8%, Y=6,5%). Nur in der Z-Ebene wird eine
Sicherheitsgrenze von 2mm (und 3mm) überschritten. Die Wahrscheinlichkeit, dass in
der Z-Ebene der 1mm- Sicherheitssaum überschritten wird, liegt bei 19%, dass der
2mm Saum überschritten wird bei 2,2% und dass der 3mm Saum überschritten wird
bei 0,3%.
Tabelle 18 Einhaltung bestimmter Sicherheitsgrenzen bei den Kopfpatienten
35 Die Kreisdiagramme (Abb.22) beschreiben noch einmal graphisch die Einhaltung der
Sicherheitssäume für die 3 Körperachsen aus Tabelle 18.
5.6 Einhaltung bestimmter Rotationsachsen unter Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes
Bei der Planung eines Bestrahlungsvolumens ist es nötig, mit einer gewissen
Rotationsungenauigkeit bei der Lagerung und Positionierung, hervorgerufen auch
durch die Patientenbewegung während der Behandlung, zu rechnen. In der folgenden
Tabelle wird für die Isozentren des Kopfes untersucht, zu welchen
Wahrscheinlichkeiten mit welchen Rotationsgenauigkeiten zu rechnen ist. Auch hier
wurden die Abweichungen vor und nach der Behandlung, sowie des
Gesamtergebnisses für eine Rotationsachse einzeln betrachtet
1° 1°% 2° 2° % 3° 3° % 4° 4° % 5° 5° %
X° 132 71,4% 48 26,0% 3 1,6% 1 0,5% 1 0,5%
NX° 142 76,8% 36 19,5% 5 2,7% 1 0,5% 1 0,5%
Gesamt X° 274 74,1% 84 22,7% 8 2,2% 2 0,5% 2 0,5%
Y° 124 67,0% 42 22,7% 16 8,6% 2 1,0% 1 0,5%
NY° 114 61,6% 50 27% 16 8,6% 3 1,6% 2 1,0%
Gesamt Y° 238 64,3% 92 24,9% 32 8,6% 5 1,4% 3 0,8%
Z° 121 65,4% 55 29,7% 8 4,3% 0 0% 1 0,5%
NZ° 125 67,6% 51 27,6% 9 4,9% 0 0% 0 0%
Gesamt Z° 246 66,5% 106 28,6% 17 4,6% 0 0% 1 0,3%
X
1mm
2mm
Y
1mm
2mm
Z
1mm
2mm
3mm
Abb. 22 Kreisdiagramme zur Einhaltung bestimmter Sicherheitsgrenzen beim Kopfpatienten
Tabelle 19 Einhaltung bestimmter Rotationsgrenzen bei den Kopfpatienten
36 In den 3 Rotationsachsen wird eine Rotationsungenauigkeit von 4° in nur maximal 2%
überschritten. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Patient vor oder nach der Behandlung
mehr als 3° von seiner geplanten Lagerung rotiert ist, liegt unter 11%.
5.7 Einhaltung bestimmter Planungsvolumina unter Patientenbewegung von Isozentren des Körpers
X NX Gesamt
X
Y NY Gesamt
Y
Z NZ Gesamt
Z
1mm 25 8 33 24 14 38 30 14 44
1mm % 75,8 24,2 50,0 72,7 42,4 57,6 90,9 42,4 66,7
2mm 5 7 12 9 7 16 3 16 19
2mm % 15,2 21,2 18,2 27,3 21,2 24,2 9,1 48,5 28,8
3mm 0 4 4 0 5 5 0 1 1
3mm% 0 12,1 6,1 0 15,2 7,6 0 3 1,5
4mm 2 7 9 0 4 4 0 1 1
4mm % 6,1 21,2 13,6 0 12,1 6,1 0 3 1,5
5mm 1 2 3 0 2 2 0 1 1
5mm% 3,0 6,1 4,5 0 6,1 3 0 3 1,5
6mm 0 3 3 0 1 1 0 0 0
6mm% 0 9,1 4,5 0 3 1,5 0 0 0
7mm 0 0 0 0 0 0 0 0 0
7mm% 0 0 0 0 0 0 0 0 0
8mm 0 2 2 0 0 0 0 0 0
8mm% 0 6,1 3,0 0 0 0 0 0 0
N gesamt = 33 (66)
Tabelle 20 Einhaltung bestimmter Sicherheitsgrenzen bei den Körperpatienten
37
In der folgenden Tabelle (Tabelle 21) wird dargestellt, mit welcher Wahrscheinlichkeit
bestimmte Sicherheitsbereiche um das Isozentrum vom Patienten respektiert werden.
1mm 2mm 3mm 4mm 5mm 6mm 7mm
X 50% 31,8% 25,7% 12,1% 7,6% 3% 3%
Y 42,4% 18,2% 10,6% 4,5% 1,5% - -
Z 33,3% 4,5% 3% 1,5% - - -
In der X-Ebene wird ein Sicherheitssaum von 7mm durchbrochen, in der Y-Ebene ein
Sicherheitsbereich von 5mm und in der Z-Ebene einer von 4mm.
5.8 Einhaltung bestimmter Rotationsachsen unter Patientenbewegung bei Isozentren des Körpers
1° 1 °% 2° 2° % 3° 3° % 4° 4° % 5° 5° %
X° 18 54,5% 7 21,2% 3 9,1% 4 12,1% 1 3%
NX° 22 66,7% 6 18,9% 1 3% 2 6,1% 2 6,1%
Gesamt X° 40 60,6% 13 19,7% 4 6,1% 6 9,1% 3 4,5%
Y° 15 45,5% 7 21,2% 4 12,1% 2 6,1% 5 15,2%
NY° 16 48,5% 4 12,1% 6 18,2% 5 15,2% 2 6,1%
Gesamt Y° 31 47,0% 11 16,7% 10 15,2% 7 10,6% 7 10,6%
Z° 12 36,4% 10 30,3% 6 18,2% 5 15,2% 0 0%
NZ° 10 30,3% 11 33,3% 7 21,2% 5 15,2% 0 0%
Gesamt Z° 22 33,3% 21 31,8% 13 19,7% 10 15,2% 0 0%
Tabelle 21 Einhaltungwahrscheinlichkeit bestimmter Sicherheitsgrenzen bei den Körperpatienten
Tabelle 22 Einhaltung bestimmter Rotationsgrenzen bei den Körperpatienten
38 In der X-Rotationsachse wird eine Rotationsungenauigkeit von 4° in nur 5%
überschritten. In der Y-Rotationsachse wird diese Rotationsungenauigkeit in nur 11%
überschritten, während sie in der Z-Rotationsachse überhaupt nicht überstiegen wird.
5.9 Dauer der Strahlenbehandlungen
Untersucht wurde die Dauer der Bestrahlung vom Ende der Positionierung bis zum
Ende der Behandlung. Also die Nettozeit der Bestrahlung ohne sämtliche
Lagerungsvorgänge oder Endlagerungsvorgänge. Dazu werden die gemessenen
Zeiten der 219 Bestrahlungen der Körper- und Kopfpatienten verwendet.
N 219
Mean 646,68s
Median 616,00s
Std. Deviation 166,32s
Minimum 362,00s
Maximum 1252,00s
Die Dauer der Bestrahlungen schwankt von 362 Sekunden (6min) bis 1252 Sekunden
(21min). Die durchschnittliche Bestrahlungsdauer beträgt 647 Sekunden (ca. 11 min).
Tabelle 23 Bestrahlungsdauer
39 5.10 Korrelative Zusammenhänge der Kopfpatienten
5.10.1 Alter
Intrafraktionelle Bewegung
Bei der Korrelation des Alters mit der vektoriellen Verschiebung des Patienten ist eine
Signifikanz auf hohem Niveau zu erkennen. Jüngere Patienten haben eine größere
Neigung zu Bewegungen in den 3 Körperebenen als Ältere.
Die Punktwolke in Abb. 23 zeigt, dass vor
allem die beiden Kinder zu dieser
statistischen Verteilung führen.
Rotation
diffx° diffy° diffz°
Alter Korrelationskoeffizient 0,033 0,051 -0,119
Signifikanz 0,659 0,494 0,106
N 185 185 185
Es kann in unseren Untersuchungen kein Zusammenhang zwischen Alter und Rotation
hergestellt werden.
Vektor
Alter Korrelationskoeffizient -0,332
Signifikanz 0,000
N 185
alter806040200
vekt
or
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Tabelle 24 Korrelation Bewegung mit dem Alter
Tabelle 25 Korrelation Rotation mit dem Alter
Abb. 23 Punktwolke Alter
40 5.10.2 BMI
Intrafraktionelle Bewegung
Vektor
BMI Korrelationskoeffizient -0,106
Signifikanz 0,149
N 185
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen dem BMI der Patienten und ihrer
intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt werden.
Rotation
diffx° diffy° diffz°
BMI Korrelationskoeffizient 0,026 0,197 -0,045
Signifikanz 0,722 0,007 0,544
N 185 185 185
Bei der Untersuchung der Korrelation der Rotationsachsen mit dem BMI der Patienten
ergibt sich ein Zusammenhang. Hohe BMI- Werte gehen mit hohen
Rotationsbewegungen in der Y-Achse einher. Wodurch dieser Zusammenhang
entsteht und wie er zu werten ist, soll diskutiert werden.
Tabelle 26 Korrelation Bewegung mit dem BMI
Tabelle 27 Korrelation Rotation mit dem BMI
41 5.10.3 Behandlungserfahrung
Intrafraktionelle Bewegung
Nummer
Korrelationskoeffizient -0,070
Signifikanz 0,343
N 185
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der Behandlungserfahrung der
Patienten und ihrer intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt werden.
Rotation
diffx° diffy° diffz°
Korrelationskoeffizient 0,049 0,042 -0,056
Signifikanz 0,510 0,569 0,450
N 185 185 185
Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Behandlungserfahrung ist ein
signifikanter Zusammenhang nicht zu entdecken.
Tabelle 28 Korrelation Bewegung mit der Behandlungserfahrung
Tabelle 29 Korrelation Rotation mit der Behandlungserfahrung
42 5.10.4 Behandlungsdauer
Intrafraktionelle Bewegung
Dauer
Korrelationskoeffizient -0,031
Signifikanz 0,679
N 185
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der Behandlungsdauer der
Patienten pro Bestrahlungseinheit und einer intrafraktionellen Patientenbewegung
hergestellt werden.
Rotation
diffx° diffy° diffz°
Korrelationskoeffizient 0,062 -0,067 0,086
Signifikanz 0,400 0,368 0,243
N 185 185 185
Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Sitzungsdauer ist ein
signifikanter Zusammenhang nicht zu entdecken.
Tabelle 30 Korrelation Bewegung mit der Behandlungsdauer
Tabelle 31 Korrelation Rotation mit der Behandlungsdauer
43 5.10.5 Anzahl der Bestrahlungsfelder
Intrafraktionelle Bewegung
Bestrahlungsfelder
Korrelationskoeffizient 0,175
Signifikanz 0,017
N 185
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der Anzahl der eingestellten
Bestrahlungsfelder pro Bestrahlungseinheit und der intrafraktionellen
Patientenbewegung hergestellt werden.
Rotation
diffx° diffy° diffz°
Korrelationskoeffizient 0,082 -0,034 0,010
Signifikanz 0,266 0,647 0,891
N 185 185 185
Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Anzahl der eingestellten
Bestrahlungsfelder pro Bestrahlungseinheit ist ein signifikanter Zusammenhang nicht
zu entdecken. Eine Reduzierung der Bestrahlungsfelder bei der Bestrahlungsplanung
scheint keinen Einfluss auf die intrafraktionelle Patientenbewegung zu haben.
Tabelle 32 Korrelation Bewegung mit der Anzahl der Bestrahlungsfelder
Tabelle 33 Korrelation Rotation mit dem Anzahl der Bestrahlungsfelder
44 5.11 Korrelative Zusammenhänge der Körperpatienten
5.11.1 Alter
Intrafraktionelle Bewegung
Vektor
Korrelationskoeffizient 0,185
Signifikanz 0,302
N 33
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen dem Alter und der
intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt werden.
Rotation
Bei der Korrelation der Rotationsachsen mit dem Alter ergibt sich in der X-Achse ein
signifikanter Zusammenhang. Ein hohes Alter korreliert mit einer vergrößerten Rotation
in der X-Achse. Die Ursache und Aussage dieser Feststellung ist zu diskutieren.
diffx° diffy° diffz°
Korrelationskoeffizient 0,479 -0,280 0,262
Signifikanz 0,005 0,114 0,114
N 33 33 33
Tabelle 34 Korrelation Bewegung mit dem Alter
Tabelle 35 Korrelation Rotation mit dem Alter
45 5.11.2 BMI
Intrafraktionelle Bewegung
diffz°
Korrelationskoeffizient -0,074
Signifikanz 0,681
N 33
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen dem BMI der Patienten und der
intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt werden.
Rotation
diffx° diffy° diffz°
Korrelationskoeffizient -0,219 0,391 -0,074
Signifikanz 0,221 0,024 0,681
N 33 33 33
Bei der Korrelation ergibt sich ein signifikanter Zusammenhang. Ein hoher BMI
korreliert mit einer vergrößerten Rotation in der Y-Achse. Die Ursache und Aussage
dieser Feststellung ist zu diskutieren.
Tabelle 36 Korrelation Bewegung mit dem BMI
Tabelle 37 Korrelation Rotation mit dem BMI
46 5.11.3 Behandlungserfahrung
Intrafraktionelle Bewegung
Nummer
Korrelationskoeffizient 0,302
Signifikanz 0,088
N 33
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der steigenden
Behandlungserfahrung der Patienten und der intrafraktionellen Patientenbewegung
hergestellt werden.
Rotation
diffx° diffy° diffz°
Korrelationskoeffizient 0,162 0,067 0,233
Signifikanz 0,369 0,710 0,191
N 33 33 33
Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Anzahl der steigenden
Behandlungserfahrung der Patienten ist ein signifikanter Zusammenhang nicht zu
entdecken. Man kann also leider keine Lernkurve, die eine Reduzierung der
Rotationsungenauigkeit zur Folge hätte, sehen.
Tabelle 38 Korrelation Bewegung mit der Behandlungserfahrung
Tabelle 39 Korrelation Rotation mit der Behandlungserfahrung
47 5.11.4 Behandlungsdauer
Intrafraktionelle Bewegung
Dauer
Korrelationskoeffizient 0,170
Signifikanz 0,344
N 33
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der Sitzungsdauer der Patienten
pro Behandlungseinheit und der intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt
werden.
Rotation
diffx° diffy° diffz°
Korrelationskoeffizient 0,132 -0,098 -0,200
Signifikanz 0,463 0,588 0,264
N 33 33 33
Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Sitzungsdauer der Patienten pro
Behandlungseinheit ist ein signifikanter Zusammenhang nicht zu entdecken. Eine
Verkürzung oder Verlängerung der Liegedauer der Patienten auf dem
Bestrahlungstisch hat also scheinbar keinen Einfluss auf die intrafraktionelle
Patientenrotation.
Tabelle 40 Korrelation Bewegung mit der Behandlungsdauer
Tabelle 41 Korrelation Rotation mit der Behandlungsdauer
48 5.11.5 Anzahl der Bestrahlungsfelder
Intrafraktionelle Bewegung
Bestrahlungsfelder
Korrelationskoeffizient -0,015
Signifikanz 0,935
N 33
Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen Anzahl der Bestrahlungsfelder pro
Behandlungseinheit und der intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt werden.
Rotation
Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Anzahl der Bestrahlungsfelder
pro Behandlungseinheit ist ein signifikanter Zusammenhang nicht zu entdecken. Die
bei der Bestrahlungsplanung festgelegte Anzahl von Bestrahlungsfeldern hat also
scheinbar keinen Einfluss auf die intrafraktionelle Patientenrotation.
diffx° diffy° diffz°
Korrelationskoeffizient -0,213 0,156 -0,152
Signifikanz 0,234 0,386 0,398
N 33 33 33
Tabelle 42 Korrelation Bewegung mit der Anzahl der Bestrahlungsfelder
Tabelle 43 Korrelation Rotation mit der Anzahl der Bestrahlungsfelder
49 6. Diskussion
Eines der wichtigen Ziele der modernen Strahlentherapie ist, die Nebenwirkungen der
Behandlung möglichst gering zu halten. Diese resultieren zum größten Teil aus der
Strahlenbelastung des gesunden, den Tumor angrenzenden Gewebes. Um die
Nebenwirkungsrate zu vermindern, kann es nur helfen, die Strahlendosis zu verringern,
was leider Einfluss auf die Effektivität der Behandlung hätte und somit den
Therapieerfolg verringern würde. Demnach muss das Volumen des unnötig bestrahlten
Gewebes reduziert werden. Die ist jedoch nur mit einer Einschränkung des geplanten
Bestrahlungsvolumens möglich.
Die Größe des GTV (Gross Tumor Volume) und CTV (Clinical Target Volume) sind als
feste medizinisch biologische Größen zu sehen, auf die der Behandelnde leider keinen
Einfluss nehmen kann. Das PTV jedoch beinhaltet ein vom Therapeuten eingesetztes
Sicherheitsvolumen, mit dem er die Genauigkeit der aktuell verwendeten
Bestrahlungstechnik einfließen lässt, um in jedem Falle eine adäquate
Tumorbestrahlung sicherzustellen. Mit Genauigkeit der verwendeten Bestrahlungsart
ist die Möglichkeit der Technik gemeint, eine bestimmte Dosis fehlerfrei und
streuungsarm in ein bestimmtes Tumorvolumen zu bringen. Da in der Realität aber
Faktoren wie ungenaue Patientenlagerung und intrafraktionelle Bewegung des
Patienten diese theoretische Präzision der Technik stören, muss leider immer mit einer
Ungenauigkeit gerechnet werden. Für eine vernünftige Bestrahlungsplanung ist es von
enormer Wichtigkeit, diesen Fehler zu erkennen, seine Größe zu untersuchen und
diese dann in seine Behandlungsplanung mit einfließen zu lassen. Dies ist das
Hauptziel dieser Arbeit. Durch das Einbeziehen verschiedener Fehlerquellen wird ein
größeres Bestrahlungsvolumen um den Tumor notwendig. Dieses erweiterte Volumen
ist als Planning Target Volume (PTV) definiert und stellt im Sinne ein technisches
Sicherheitsvolumen dar. Dieses Volumen ist im medizinischen Sinne unnötig
bestrahltes Gewebe. So sollte es Aufgabe einer jeden neuen Bestrahlungstechnik oder
Modulation sein, das PTV entgegen seiner Vorgänger zu verringern.
Ein Ziel der Untersuchungen war es, am Novalissystem in Erlangen das praktisch
nötige Sicherheitsvolumen während der Bestrahlungen zu überprüfen und
gegebenenfalls neu vorzuschlagen. Dazu wurden die Faktoren, die zu einer
Ungenauigkeit der Bestrahlungstherapie führen betrachtet, analysiert und ausgewertet.
50 6.1 Positionierungsgenauigkeit
Als erstes soll die Anfangslagerung des Patienten von dem medizinisch technischen
Personal auf dem Behandlungstisch und die erste Patienteneinstellung mit Hilfe der
beschriebenen Techniken vor der Bestrahlung betrachtet werden. Im Weiteren wird
dieser Vorgang als Positionierung zusammengefasst. Die stereotaktische
Strahlentherapie ermöglicht die Untersuchung, in dem es die Position eines Patienten
in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem definiert. Im Gegensatz zur
konventionellen Bestrahlung hat bei der Patientenpositionierung das Novalissystem
durch den Einsatz von bildgesteuerten Lagerungstechniken einen definitiven Vorteil
[30]. Es kann vor jedem Behandlungsbeginn mit dem Vergleich der Lage von
knöchernen Strukturen die Einstellung des Patienten objektiv überprüfen und
gegebenenfalls eine Korrekturbewegung vorschlagen und einleiten. In anderen Studien
hat sich herausgestellt, dass die auf der Fixierungsmaske angebrachten Infrarotmarker
die reale Position des Kopfes und mögliche Kopfbewegungen nicht adäquat
wiedergeben [21]. Daher dienen die knöchernen Strukturen des Patienten als
Grundlage für alle Betrachtungen dieser Arbeit. Gegenüber anderen Systemen stellt
die Automatik der Lagekorrektur des Patienten einen enormen Vorteil dar. Eine
Quantifizierung der vorgenommenen Korrekturbewegungen des
Positionierungssystems ist nicht das Ziel der Untersuchungen. Jedoch soll an dieser
Stelle erwähnt werden, dass diese nach konventioneller Lagerung in vielen Fällen doch
noch beträchtlich ist. Ebenfalls sollte auch angemerkt sein, dass dieses System leider
Grenzen hat. So hat sich gezeigt, dass es bei einigen Patienten auch nach mehreren
wiederholten Korrekturanalysen und Korrekturbewegungen nicht möglich ist, absolut
genau zu lagern. Daraus ergibt sich bei allen Untersuchungen eine verbleibende
Restabweichung, die in der Arbeit darstellt werden soll.
Desweiteren zeigt sich schon bei der Positionierung, dass die Ergebnisse der am
Köper bestrahlten Patienten auf Grund der starken Unterschiede in der angewendeten
Fixierungstechnik im Vergleich zu den am Kopf behandelten Patienten, stark
abweichen. Um in unseren Untersuchungen sinnvollere und speziellere Aussagen
machen zu können, werden diese Patienten getrennt voneinander analysiert.
Planare Betrachtung
Erfreulicherweise sind die Ergebnisse der Positionierung des Novalissystems im
Kopfbereich sehr genau. So ist die verbleibende und nicht korrigierte Abweichung vom
Lagerungsoptimum vor der Bestrahlung bei den behandelten Patienten im Durchschnitt
kleiner als 0,5 Millimeter (vertikal: ±0,27mm; longitudinal: ±0,33mm; lateral: ±0,50mm).
Selbst die aufgetretenen Extremwerte überschreiten einen Radius von 2 Millimeter
51 nicht. Eine leichte Verstärkung der Abweichung ist mit einem Durchschnittswert von 0,5
Millimeter und einem Maximalwert von 1,73 Millimeter in der lateralen Richtung zu
beobachten. Den Grund dafür kann man an mehreren Stellen vermuten. So kommt
zum Beispiel eine Eigenschaft in der Fixierungstechnik in Frage, oder man sucht den
Grund in der Anatomie und Physiologie des Patienten.
Mit dem Patientenkollektiv und Studiendesign ist die Kausalität leider nicht zu klären.
Diese müsste in einer speziell auf diese Fragestellung zugeschnittenen Untersuchung
geklärt werden. In einer Studie, die verschiedene Maskensysteme miteinander
vergleicht [11] und in anderen Präzisionsuntersuchungen, die sich mit dem
Novalissystem beschäftigen [16], lässt sich diese Auffälligkeit nicht rekonstruieren.
Eine leicht ungenauere Positionierungspräzision des Systems zeigt sich bei den
Körperpatienten (vertikal: ±0,91mm; longitudinal: ±0,69mm; lateral: ±0,46mm). Die
Entfernung vom Lagerungsoptimum vor Beginn der Behandlung ist hier in ihren
durchschnittlichen und maximalen Werten größer. Dennoch bleibt sie im Mittel unter
einem Millimeter, was dem System auch hier eine gute Positionierungsgenauigkeit
bescheinigt. Ein genaueres Ausgleichen der Tischposition erweist sich in den
Untersuchungen als schwierig und sehr zeitintensiv.
Rotationsabweichung
Ein zuverlässiges Bild zeichnet sich ebenfalls bei der Untersuchung der
Rotationsgenauigkeit der Lagerung der Patienten ab. Durchschnittlich werden die
Kopfbestrahlungen mit einer Fehllage von unter einem Grad gestartet (vertikal: ±0,73°;
longitudinal: ±0,91°; lateral: ±0,87°). Nur bei einer Minderzahl der Patienten wäre bei
den vorgenommenen Positionierungen eine Korrektur in der Rotationsachse vor den
Bestrahlungen sinnvoll, wie sie z.B. ein achsenkorrigierender Patiententisch ausführen
könnte [5].
Ungenauer zeigt sich die Lagerung der Körperpatienten in ihrer Rotationslage. Hier
liegt die durchschnittliche Abweichung von der geplanten Lagerung im Durchschnitt
zwischen 1 und 2 Grad (vertikal: ±1,45°; longitudinal: ±1,64°; lateral: ±1,54°). Wobei
auch dies angesichts der freien Patientenlagerung als ein erfreuliches präzises
Ergebnis anzusehen ist.
52 6.2 Intrafraktionelle Bewegung
Die 2. Fehlerquelle, die dazu führen kann, dass eine geplante Dosis nicht im
berechneten Maße ihr Zielvolumen erreicht, ist die intrafraktionelle
Patientenbewegung. Diese stellt in ihrer Definition die Bewegung des Patienten vom
Beginn der Bestrahlung über alle Feldeinstellungen bis zum Schluss der
Strahlenbehandlung dar. Zur Einschränkung der intrafraktionellen Bewegung finden in
der Strahlentherapie eine Vielzahl von Fixierungstechniken Einsatz. Je besser eine
Technik arbeitet, umso kleiner ist die Fehlerquelle der intrafraktionellen Bewegung an
einem Bestrahlungssystem. Die am Kopf behandelten Patienten werden alle mit Hilfe
einer thermoplastischen Gesichtsmaske am Behandlungstisch fixiert. Die Patienten mit
Isozentren im Körperbereich werden jedoch ohne weitere Sicherungstechniken in
Rückenlage auf dem Behandlungstisch gelagert. Dies ist vermutlich der Grund, warum
beide Gruppen hier große Unterschiede in ihren Ergebnissen zeigen, weswegen beide
auch getrennt voneinander betrachtet werden.
In dem Untersuchungsablauf werden die Patienten vor und nach der
Strahlenbehandlung auf ihre Lagerungsungenauigkeit hin überprüft. Die Lagerung bei
der Positionierung vor der Behandlung wurde schon als Fehlerquelle betrachtet. Wenn
man jedoch die Lagerungsungenauigkeit am Ende in Differenz zur
Anfangsungenauigkeit stellt, so erhält man einen Wert, den man als intrafraktionelle
Patientenbewegung erklären und definieren kann. Vektoriell betrachtet, kann man
dieser Verschiebung in ihrer Gesamtheit über ihre 3 Achsen eine Richtung und Größe
zuordnen. Wenn man die Lage der bestrahlten Isozentren nach der
Strahlenbehandlung betrachtet, so erkennt man, dass sie in ihrer Position ungünstiger
sind als die Ausgangswerte. Die Tumorvolumina liegen in ihren maximalen und
durchschnittlichen erfassten Positionswerten weiter entfernt von ihrer, in der
Behandlungsplanung vorgesehenen Lokalisation. Daraus kann man verschiedene
Schlüsse ziehen. Erstens existiert trotz der Fixierungstechniken weiterhin eine
intrafraktionelle Bewegung des Patienten. Leider führt diese Bewegung in unseren
Untersuchungen den Patienten von seinem Lagerungsoptimum weg, weshalb sie auch
als ungünstig anzusehen ist. Darum sollte es Ziel eines jeden Strahlentherapeuten
sein, intrafraktionelle Bewegung zu vermeiden.
53 Planare Betrachtung
Betrachtet wird nun die intrafraktionelle Bewegung der am Kopf bestrahlten Patienten.
Diese liegt in den 3 Kopfebenen durchschnittlich im Bereich zwischen 0,2 und 0,5
Millimeter (vertikal: ±0,20mm; longitudinal: ±0,27mm; lateral: ±0,49mm). In der
lateralen Ebene ist die intrafraktionelle Bewegung mit einem Durchschnittswert von
0,49 Millimeter und einem Maximalwert von 3,64 Millimeter wiederholt leicht verstärkt.
Die Fixierung unter Verwendung der thermoplastischen Gesichtsmaske hat sich
demnach in den Untersuchungen als ein sehr gutes Verfahren zur Unterdrückung
intrafraktioneller Bewegung erwiesen, da sie diese durchschnittlich im Bereich unter
0,5 Millimeter hält. In diesen Dimensionen kann man annähernd von einer kompletten
Unterdrückung sprechen.
Eine stärkere intrafraktionelle Bewegung ist bei den Körperpatienten zu beobachten. 1
bis 2 Millimeter beträgt hier durchschnittlich die abweichende Bewegung in den 3
Körperebenen (vertikal: ±2,13mm; longitudinal: ±1,55mm; lateral: ±0,94mm). Damit
sind die Werte im Gegensatz zu der Positionierung hier wesentlich größer als bei den
Kopfpatienten. Die Kausalität ist in diesem Fall klar bei der fehlenden Körperfixierung
während der Behandlung zu suchen. Eine bloße Rückenlagerung scheint ungenügend
zu sein, weder zur Einstellung des Patienten bei seiner Positionierung, noch zur
Verhinderung intrafraktioneller Bewegungen. Eine andere Studie aus Würzburg stellt
fest, dass bei den Kopfpatienten die gute Fixierung der Grund für die genaue Arbeit
des Systems ist [12]. Die an dem Gerät gemessenen Werte stimmen in ihrer
Dimension mit anderen Studien überein [19, 23]. Ohne qualitative Sicherung des
Patienten werden die intrafraktionellen Abweichungen signifikant größer. Es sollte ein
Schwerpunkt der Strahlentherapie sein, eine Fixierungstechnik zu entwickeln, die es
ermöglicht, auch diese Patienten genauer, und somit schonender zu bestrahlen.
Gerade im Hinblick auf die Entwicklung und Verteilung verschiedener Tumorentitäten
bleiben Krebserkrankungen im extrakraniellen Bereich wie zum Beispiel Erkrankungen
der Prostata und der Lunge auch weiterhin im dem Fokus der Strahlentherapie.
Rotation
Ähnlich verhält es sich mit der intrafraktionellen Rotation der Kopfpatienten. Diese liegt
im Durchschnitt unter einem Drittel Grad (vertikal: ±0,28°; longitudinal: ±0,34°; lateral:
±0,26°). Damit ist die weitere rotative Abweichung der Patienten während der
Bestrahlung kleiner als der anfängliche Positionierungsfehler. Die intrafraktionelle
Rotation der Kopfpatienten ist somit ebenfalls annähernd vernachlässigbar. Eine
genaue Positionierung und qualitativ gute Maskenanfertigung sollte demnach im
Hauptfokus der Aufmerksamkeit des Strahlentherapeuten stehen.
54 Größer ist die rotative Abweichung der Körperpatienten (vertikal: ±1,11°; longitudinal:
±0,75°; lateral: ±0,66°), wobei auch hier gilt, dass der anfängliche
Positionierungsfehler größer ist als die intrafraktionelle Rotation.
6.3 Sicherheitsvolumina
Um nun, wie eingehend erklärt, das theoretisch notwendige technische
Sicherheitsvolumen PTV zu ermitteln, werden im nächsten Schritt die gewonnenen
Daten statistisch weiter untersucht. Es wird geprüft, mit welcher Wahrscheinlichkeit das
Patientenkollektiv bestimmte Sicherheitsvolumina während der Bestrahlung einhält.
Dazu muss man rechnerisch theoretische Sicherheitsvolumina von einem bis vier
Millimeter Radius schaffen, und bestimmen, in welcher absoluten und in welcher
prozentualen Zahl diese Volumina in den 185 gemessenen Kopfbestrahlungen
eingehalten werden. Dabei zeigt sich für das Novalissystem ein recht präzises und
somit positives Ergebnis. So ist die Wahrscheinlichkeit, dass in der vertikal X- und der
longitudinalen Y- Ebene des Patienten das Sicherheitsvolumen von 1 Millimeter Radius
durchbrochen wird, sehr klein (vertikal: 0,8%; longitudinal=6,5%). Unpräziser zeigt sich
leider die Patientenbewegung in der lateralen Ebene. Hier wird ein Sicherheitssaum
von 2 Millimeter und 3 Millimeter überschritten. Desweiteren liegt die
Wahrscheinlichkeit, dass ein 1 Millimeter Radius überschritten wird, bei 19%. 2
Millimeter werden in 2,2% der Fälle benötigt und 3 Millimeter nur in 0,3%. Hiermit
bestätigt sich auch bei der Berechnung der Sicherheitsvolumina eine verstärkte
Ungenauigkeit in der lateralen Ebene.
Betrachtet man die im Körperbereich bestrahlten Patienten, so zeichnet sich ein
ungenaueres Bild ab. Durch die größere intrafraktionelle Bewegung dieser Isozentren
wird auch ein größeres Sicherheitsvolumen benötigt. So wird in der vertikalen X-Ebene
in 7,6% der untersuchten Fälle ein Sicherheitsvolumen von 5 Millimeter Radius
durchbrochen. Diese zeigt sich als definitiv ungenaueste, und somit die
bewegungsstärkste Ebene. In der longitudinalen Y-Ebene wird in 10,6% der
untersuchten Bestrahlungen ein Volumen von 3 Millimeter Radius durchbrochen. 4
Millimeter Radius werden hier in 4,5% der Fälle überschritten. Somit zeigt sich die Y-
Ebene bei den Körperpatienten bewegungsärmer. Ein überraschend genaues Ergebnis
ergibt sich für die laterale Z-Ebene der Patienten. So wird hier ein Sicherheitsradius
von 2mm nur in 4,5% der Bestrahlungen überschritten. Wichtig ist, dass man diese
Gegebenheiten erkennt und in die strahlentherapeutische Behandlungsplanung
einbaut.
Mit den gewonnenen Daten lassen sich nun Rückschlüsse auf das an dem Novalis
nötige Sicherheitsvolumen ziehen. Es ist ein Volumen zu wählen, welches die
55 Voraussetzungen dafür schafft, dass das Tumorgewebe bei allen
Behandlungsfraktionen ausreichend erfasst, und umliegendes Gewebe im
größtmöglichen Maße geschont wird. Dies muss also ein Volumen sein, welches nur in
vertretbaren Maße und somit ein einer kleinen Prozentzahl von den bestrahlten
Patienten in ihrer Bewegung überschritten wird. Würde man ein zu großes
Sicherheitsvolumen wählen, so würde sich hieraus für den Patienten eine größere
Masse von gesundem bestrahltem Gewebe ergeben. Ziel ist es also, einen
Kompromiss zwischen diesen beiden großen Zielen, Gewebeschutz und
Treffgenauigkeit, zu finden. Dementsprechend wird ein Volumen gewählt, das von 90%
aller Patienten eingehalten wird. Betrachtet werden als erstes die Ergebnisse der
Patienten, die mit der thermoplastischen Maske bestrahlt wurden. Hier zeigt sich in der
vertikalen X- und der longitudinalen Y-Ebene ein sehr genaues Bild, da weit unter 10%
der Patienten einen Sicherheitsradius von einem Millimeter durchbrechen. Wie schon
erläutert, sind bei diesen Patienten die Ergebnisse in der Z-Ebene ungenauer. So
überscheiten 19% ein Sicherheitsvolumen von 1 Millimeter Radius. Damit wird in dieser
Ebene ein größerer Radius von 2 Millimeter benötigt, der nur von 4,5% der Patienten
durchdrungen wird. Zusammenfassend ist dementsprechend die Empfehlung dieser
Arbeit für Bestrahlungen mit Anwendung von thermoplastischen Kopfmasken am
Novalissystem ein Sicherheitsvolumen mit folgenden Radien: (vertikal: ±1mm;
longitudinal: ±1mm; lateral: ±2mm).
Nach den Betrachtungen über die Einhaltung von theoretischen Sicherheitsvolumina
für Körperpatienten kann man auch für diese eine Empfehlung für die Größe des PTV
bei der Bestrahlungsplanung aussprechen. Hier wird in der vertikalen X-Ebene ein
Sicherheitsradius von 5 Millimeter in 7,6% der bestrahlten Fälle überschritten. Dieser
kann somit als kleinstmöglicher Grenzwert bei der Bestrahlungsplanung gesehen
werden. In der longitudinalen Y-Ebene durchbrechen 10,6% der bestrahlten Patienten
einen Sicherheitsradius von 3 Millimeter, während nur 4,5% einen Radius von 4mm
überschreiten, so dass zugunsten der Gewebeschonung ein Radius von 3mm als
Planungsempfehlung sinnvoll erscheint. Die laterale Z-Ebene erweist sich bei den
Körperpatienten als stabilste Ebene. Hier überschreiten nur 4,5% einen
Sicherheitsradius von 2 Millimeter. Dementsprechend ist es sinnvoll, die Reichweite
des longitudinalen Sicherheitssaumes entsprechend klein zu halten, während man in
den beiden anderen Ebenen großzügiger agieren muss. Der zusammenfassende
Vorschlag für die Radien bei der Bestrahlungsplanung der Körperpatienten ist:
(vertikal: ±5mm; longitudinal: ±3mm; lateral: ±2mm). Damit ist das nötige
Sicherheitsvolumen für diese Behandlungen um ein Mehrfaches größer als bei den
Kopfpatienten.
56 6.4 Einsatz in der rahmenlosen Radiochirurgie
Aus dem nur sehr kleinem nötigen Sicherheitsvolumen und der hohen
Lagerungsgenauigkeit des Novalis im Kopfbereich kann man dem System eine äußerst
hohe Präzision bescheinigen, die andere Untersuchungen von stereotaktischen
Systemen bestätigt [21, 29, 30]. Auch der Faktor der intrafraktionellen
Patientenbewegung ist bei Kopfpatienten als annähernd vernachlässigbar anzusehen
und hält sich auf Niveau des Positionierungsfehlers.
Besonders wichtig ist die Genauigkeit der Lagerung und Unterbindung intrafraktioneller
Patientenbewegung in der stereotaktischen Radiochirurgie. Bei dieser wird in einer
oder wenigen Sitzungen eine besonders hohe Strahlungsdosis auf ein Zielvolumen
abgegeben. Auf Grund der hier angewendeten größeren Dosen muss die Bestrahlung
von umliegendem Gewebe in jedem Falle so klein wie möglich gehalten werden. Um
dies zu erreichen, verwendet die Strahlenklinik Erlangen einen stereotaktischen Ring,
der eine absolut stabile Verbindung des Patientenkopfes mit dem Behandlungstisch
herstellt. Eine sehr genaue Positionierung im Genauigkeitsbereich von 0,5- 1 Millimeter
des Patientenkopfes ist somit möglich, wie Untersuchungen beweisen [25]. Ein
weiterer Vorteil dieser Methode ist, dass die Lagerungsungenauigkeit des Systems der
einzige Störfaktor für eine präzise Bestrahlung des Patienten ist, da die
Patientenbewegung komplett ausgeschaltet ist. Der Nachteil der Methode ist neben
einem zeitlichen Aufwand in dem Arbeitsablauf der Klinik eine hohe körperliche und
psychische Belastung des Patienten.
Betrachtet man verschiedene Phantomstudien, die die technische
Lagerungsgenauigkeit des Novalis untersuchen [1, 28, 34] und schließt man die
Ergebnisse dieser Arbeit mit ein, so kommt man zu dem Ergebnis, dass eine Lagerung
in einem Fehlerbereich von unter einem Millimeter in jeder Lagerungsebene bei
Bestrahlungen am Novalis garantiert werden kann. Wenn man evaluiert, dass unter
Verwendung von thermoplastischen Masken die intrafraktionelle Patientenbewegung
nachweisbar annähernd vernachlässigbar ist, so kommt man zu dem Schluss, dass
das Novalis, unter Verwendung seiner Techniken zur Anwendung einer rahmenlosen
Radiotherapie geeignet ist.
Nach Prüfung dieser Ergebnisse hat die Strahlenklinik Erlangen begonnen, die
rahmenlose Radiochirurgie am Novalissystem mit großem Erfolg anzuwenden. Bei den
ersten Behandlungen wurde dabei mehrfach während der Behandlung die
Patientenposition mittels stereoskopischen Röntgen überprüft. Eine Korrektur der
Position war dabei nur sehr selten notwendig. Eine Untersuchung an der Universität in
Virginia ergibt zum Vergleich eine Quote von unter 20%, bei der nach einer
57 rahmenlosen Radiochirurgiebehandlung eine Ungenauigkeit von 2mm überschritten
wird. Mit mehreren Zwischenkontrollen lässt sich diese auf annähernd 0% senken [26].
So sieht eine andere Studie aus Los Angeles die Notwendigkeit für intrafraktionelle
Kontrollen in der rahmenlosen Radiochirurgie [1].
Unter den positiven Erfahrungen der Strahlenklinik Erlangen ist dieses Verfahren hier
inzwischen zum Standard geworden. Andere Studien, die die klinische Qualität der
rahmenlosen Radiochirurgie untermauern [6, 17, 29, 33], können somit unterstützen
werden.
6.5 Einfluss der Patientenfaktoren
Während der Untersuchungen wurde als ein weiteres Ziel festgelegt, in dem
Patientenstamm zu analysieren, ob verschiedene Körpermerkmale der bestrahlten
Patienten einen Einfluss auf deren intrafraktionelle Bewegung haben. Dazu wurden
verschiedene Eigenschaften der Patienten dokumentiert und ihr Einfluss statistisch
untersucht. Man muss klar sagen, dass der Patientenstamm dieser Arbeit für eine klare
Aussage bezüglich dieser Fragestellung nicht ausreichend geeignet ist. Dazu wäre es
nötig, für jedes Merkmal ein eigenes Studiendesign zu entwerfen, in dem die
Patientenauswahl speziell nach der Fragestellung ausgerichtet ist. Durch die
statistische Aufarbeitung des Patientenkollektivs kann durch die Suche nach möglichen
Auffälligkeiten nur der Anstoß zu genaueren Untersuchungen gegeben werden. Da
sich in dem Kollektiv nur 4 am Körper bestrahlte Patienten befinden, werden diese
Betrachtungen auch nur für die 26 Kopfpatienten ausgeführt. Im Sinne der
Vollständigkeit sind die Ergebnisse der Körperpatienten zwar in der Arbeit aufgeführt,
bilden aber in ihrer Form leider keine Diskussionsgrundlage.
Um die Frage eines möglichen Zusammenhangs zwischen Patientenmerkmal und
intrafraktioneller Patientenverschiebung zu untersuchen, wird das statistische
Instrument der Korrelation genutzt. Mit diesem werden die Faktoren Alter, BMI und
Behandlungserfahrung des Patienten, so wie Zahl der Bestrahlungsfelder und Dauer
der einzelnen Fraktionen untersucht. Für viele Patientenmerkmale, für die ein
möglicher Zusammenhang mit intrafraktioneller Bewegung in Erwägung gezogen
werden kann, lässt sich ein Verdacht nicht bestätigen. So hat die
Behandlungserfahrung, die der Patient während seiner mehrfachen Bestrahlungen
sammelt, in den Untersuchungen keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Behandlung.
Auch eine erhöhte Anzahl von Bestrahlungsfeldern, die mit einem häufigeren Fahren
des Behandlungstisches einhergeht, erzeugt offenbar keine sekundären
58 Patientenbewegungen, die zu einer erhöhten Ungenauigkeit führen könnten.
Unterstützt wird diese Aussage auch durch eine andere Studie aus Belgien von 2007,
in der belegt wird, dass die Tischbewegungen am Novalissystem keinen Einfluss auf
die Genauigkeit der Bestrahlungen haben [22]. In den Messungen kann ebenfalls ein
Zusammenhang zwischen der Länge der Fraktionen mit der entstehenden
Ungenauigkeit verneint werden. Wenn eine genauere Untersuchung diesen
Zusammenhang bestätigen würde, dann würde dies die Qualität der Patientenfixierung
mit der thermoplastischen Kopfmaske zusätzlich untermauern.
Bei 2 Merkmalen kann man in dem Kollektiv Auffälligkeiten erkennen. Zuerst werden
die Kopfpatienten betrachtet. Für das Alter der Patienten zeigt sich ein
Zusammenhang, der sich statistisch auf einem signifikanten Niveau bewegt. So zeigt
sich scheinbar, dass ein junges Alter zu einer verstärkten intrafraktionellen Bewegung
führt. Betrachtet man das Ergebnis jedoch in seiner Zusammensetzung genau, so
muss man erkennen, dass dieser Zusammenhang nur durch die in dem
Patientenkollektiv vorkommenden Kinder erzeugt wird. Diese zeigten während ihrer
Bestrahlungen eine vergrößerte Abweichung. Jedoch ist die Anzahl der jungen
Patienten in unserem Kollektiv zu gering, um feste Schlüsse zu ziehen. Eine genaue
Untersuchung, die die intrafraktionelle Bewegung von jungen Menschen mit denen
Erwachsener vergleicht, könnte sinnvolle Hinweise auf eine mögliche Anpassung von
Bestrahlungsvolumina für Kinderbestrahlungen geben. Desweiteren ergibt sich für das
Merkmal Body – Mass – Indexes denkbar eine korrelative Beziehung. So gehen hohe
BMI-Werte mit einer vergrößerten Rotationsneigung in der longitudinalen Y-Achse
einher. Auch bei den Körperpatienten scheinen Alter und BMI Einflussfaktoren auf die
Bestrahlungsgenauigkeit zu sein. Eine Diskussion und vor allem das Erkennen einer
sinnvollen Kausalität dieser Sachverhalte könnten auch hier nur genauere und
speziellere Untersuchungen liefern.
59 7 Literaturangabe
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60
63 8 Danksagung
Ich danke ganz besonders meiner Doktormutter, Frau PD Dr. med. Antje Fahrig, für
ihre sehr gute Betreuung und Hilfe bei dieser Arbeit. Großer Dank gebührt ebenfalls
Prof. Dr. med. Rainer Fietkau dem Leiter der Strahlenklinik Erlangen für seine tolle
Unterstützung.
Mein Dank gilt außerdem den medizinisch technischen Assistenten des Novalis, die
mir in der Ausführung meiner Untersuchungen immer hilfreich und verständnisvoll bei
Seite standen.
In dem Sinne bedanke ich mich auch bei allen anderen Mitarbeitern der Strahlenklinik
Erlangen, die bei Fragen und Problemen immer ein guter Ansprechpartner waren.
Zum Schluss danke ich natürlich meiner Familie, die mir das Studium der
Humanmedizin ermöglicht hat und meiner Freundin für ihre ausdauernde und liebevolle
Unterstützung.
64
9 Erklärung über Selbstständigkeit
Ich, Stephan Dölz, erkläre, dass ich die vorgelegte Dissertationsschrift selbst verfasst
und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt, ohne die
(unzulässige) Hilfe Dritter verfasst und auch in Teilen keine Kopien anderer Arbeiten
dargestellt habe.
Erlangen, den 14.07.2010
65 10 Lebenslauf
Name Dölz, Stephan
Geburtsdatum 18.12.1984
Geburtsort Gera
Familienstand ledig
Schulbildung 1991 – 1995 3. Grundschule Gera
1995 - 2003 Zabelgymnasium Gera
09.07.2003 Allgemeine Hochschulreife
Zivildienst 07/2003 – 04/2004 Zivildienst Franz Lenzner Heim Gera
Studium 01.04.2004 Studium der Humanmedizin
an der Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
03.04.2006 Erster Abschnitt der ärztlichen Prüfung
06.05.2010 Zweiter Abschnitt der ärztlichen Prüfung
Promotion seit 2008 Thema: „Positionierungsgenauigkeit und
intrafraktionelle Patientenbewegung in der
stereotaktischen Radiotherapie“, klinische
Studie an der Strahlenklinik Erlangen
Erlangen, den 14.07.2010