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Der Einfluss von Rotations- und Translationsbewegungen bei kranieller stereotaktischer Radiotherapie
(2013)
Hintergrund: Kranielle Stereotaxie ist ein wichtiges Therapieinstrument zur Behandlung kranieller neoplastischer Läsionen. Mittels bildgeführter Radiotherapie konnten in den vergangenen Jahren Genauigkeit und Komfort der Patientenlagerung essentiell verbessert werden. Folgende Arbeit untersucht die Bedeutung der bildgeführten Patientenlagerung (Image Guidance) in Bezug auf geometrische Unsicherheiten und deren Einfluss auf die dosimetrische Verteilung.
Material und Methoden: In Würzburg wurden zwischen 2006 und 2010, 98 kranielle Läsionen in 71 Patienten radiochirurgisch behandelt. Mittels Cone-Beam CT wurden die Patientenverlagerungen bezogen auf alle 6 Freiheitsgrade vor Behandlungsbeginn (n=98) sowie nach der Therapie (n=64) aufgezeichnet. Aus den Daten für die einzelnen Raumachsen wurde der absolute Versatz (3D-Vektor) sowie maximale Rotation um die resultierende Drehachse berechnet. Die Prae- sowie Posttherapeutische Verlagerungen wurden im Planungssystem simuliert. Für Szenarien mit unterschiedlichen Sicherheitsäumen (0 mm,1 mm, 2 mm) wurde der Ausgleich der Translationen sowie der Rotationen in Bezug auf Dosis-Konformität und Zielabdeckung getrennt untersucht.
Ergebnisse: Der mittlere Prae-IG Versatz betrug 3.96 mm ± 1.89 mm mit einer mittleren maximalen Rotation im Raum von 2,02°±0,84°. Der mittlere Lagerungsfehler nach Therapieende betrug 0,88mm±0,61mm mit einer mittleren maximalen Rotation von 0,65°±0,64°. Die Verlagerung während der Bestrahlung korrelierte signifikant mit der Behandlungszeit (0,7mm±0,5mm für t<23min; 1,2mm±0,7mm für t>23min). Die Simulation der Behandlung ohne IG-Ausgleich zeigte einen Einbruch der Zielabdeckung (Coverage Index) von 96,0%±5,7% auf 72,1%±19,0% und der Konformität (Paddick Conformity Index) von 73,3%±11,1% auf 43,4%±17,8%. Pro 1mm Abweichung nahmen Zielabdeckung sowie Konformität um 6% bzw. 10% ab. Alleiniger Ausgleich der Translationen ohne Rotationen führte zu nicht signifikanten Einbussen. Bewegungen während der Bestrahlung führten zu einem Abfall des CI auf 94,3%±6,8% bzw. des PCI auf 70,4%±10,8%. Ein 1mm Sicherheitssaum genügte um diese Bewegungen zu kompensieren
Schlussfolgerungen: Bildgeführte Radiotherapie ist ein wichtiges Instrument zur Verbesserung der Therapiepräzision. Unter offensichtlichen Voraussetzungen kann auf den prätherapeutischen Ausgleich der rotatorischen Komponente bei kranieller Stereotaxie verzichtet werden. Bewegungen während der Behandlung reduzieren die gewünschte Zielabdeckung sofern dem nicht durch geeignete Sicherheitssäume Rechnung getragen wird.
Background: To investigate geometric and dosimetric accuracy of frame-less image-guided radiosurgery (IG-RS) for brain metastases. Methods and materials: Single fraction IG-RS was practiced in 72 patients with 98 brain metastases. Patient positioning and immobilization used either double- (n = 71) or single-layer (n = 27) thermoplastic masks. Pre-treatment set-up errors (n = 98) were evaluated with cone-beam CT (CBCT) based image-guidance (IG) and were corrected in six degrees of freedom without an action level. CBCT imaging after treatment measured intra-fractional errors (n = 64). Pre- and posttreatment errors were simulated in the treatment planning system and target coverage and dose conformity were evaluated. Three scenarios of 0 mm, 1 mm and 2 mm GTV-to-PTV (gross tumor volume, planning target volume) safety margins (SM) were simulated. Results: Errors prior to IG were 3.9 mm± 1.7 mm (3D vector) and the maximum rotational error was 1.7° ± 0.8° on average. The post-treatment 3D error was 0.9 mm± 0.6 mm. No differences between double- and single-layer masks were observed. Intra-fractional errors were significantly correlated with the total treatment time with 0.7mm±0.5mm and 1.2mm±0.7mm for treatment times ≤23 minutes and >23 minutes (p<0.01), respectively. Simulation of RS without image-guidance reduced target coverage and conformity to 75% ± 19% and 60% ± 25% of planned values. Each 3D set-up error of 1 mm decreased target coverage and dose conformity by 6% and 10% on average, respectively, with a large inter-patient variability. Pre-treatment correction of translations only but not rotations did not affect target coverage and conformity. Post-treatment errors reduced target coverage by >5% in 14% of the patients. A 1 mm safety margin fully compensated intra-fractional patient motion. Conclusions: IG-RS with online correction of translational errors achieves high geometric and dosimetric accuracy. Intra-fractional errors decrease target coverage and conformity unless compensated with appropriate safety margins.