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Aus der
Klinik für Strahlentherapie und Radio-Onkologie
im Marienhospital Herne
-Universitätsklinik-
der Ruhr-Universität Bochum
Direktor: Prof Dr. med. I.A. Adamietz
Einfluss der Bestrahlungstischplatte eines Linearbeschleunigers auf die
Positionierungsgenauigkeit der bestrahlten Objekte
Inaugural-Dissertation
zur
Erlangung des Doktorgrades der Medizin
einer
Hohen Medizinischen Fakultät
der Ruhr-Universität Bochum
vorgelegt von
Hubert Kersting
aus Hamm
2011
2
Dekan: Prof. Dr. med. K. Überla
Referent: Prof. Dr. med. I. A. Adamietz
1. Korreferent: Prof. Dr. med. D. Uhlenbrock
2. Korreferent: Prof. Dr. med. V. Nicholas
Tag der Mündlichen Prüfung: 04.12.2012
Abstract
Kersting
Hubert
Einfluss der Bestrahlungstischplatte eines Linearbeschleunigers auf die Positionierungsgenauigkeit der
bestrahlten Objekte
Problem:
Mit den steigenden Anforderungen an die Präzision der Bestrahlung kommt, neben dem Beschleuniger selbst,
dem Bestrahlungstisch Bedeutung zu. In den letzten Jahrzehnten gab es nur wenige Daten zu diesem Thema.
Die Genauigkeit bei Ausrichtung des Behandlungstisches ändert sich möglicherweise mit der Nutzungsdauer.
Aus diesem Grund sind die Spezifikationen der Hersteller, sowie Publikationen anderer Autoren nur bedingt
für die therapeutischen Überlegungen im Alltag heranzuziehen. In dieser Arbeit sollen am Beispiel einer
konventionellen Tischplatte eines LINAC die im Alltag auftretenden, willkürlichen Verformungen der
Bestrahlungstischplatte gemessen und ihr potenzieller Einfluss auf die Genauigkeit der Bestrahlung analysiert
werden.
Methode:
Untersucht wurde ein kommerzieller Bestrahlungstisch älterer Bauart, um die Möglichkeiten einer präzisen
Strahlenapplikation unter Berücksichtigung von Tischlagefehlern zu bewerten. Die Neigung der
Bestrahlungstischplatte wurde mit Hilfe eines Neigungsmessgerätes „Clinotronic“ der Firma Wyler
vorgenommen, welches wiederholt an verschiedenen Positionen auf der Tischplatte ausgerichtet wurde. Um
eine hohe Validität der Messungen zu erreichen, wurden diverse Methoden angewandt. Zur Verifikation der
mit Hilfe der Messgeräte vorgenommenen Messungen mit einer patiententypischen Belastung wurden
zusätzlich Messungen mit simulierten Bestrahlungsabläufen über eine Simulationssoftware vorgenommen,
um eine realitätsnahe Überprüfung der im reinen Versuch erhobenen Messwerte vorzunehmen.
Ergebnisse:
Die Lageabweichungen des mit einem patiententypischen Gewicht belasteten Bestrahlungstisch betrugen in
Längsrichtung der Platte ca. 1,5mm, in Querrichtung 0,75 mm. Bei erfolgter Arretierung der Platte konnten
Längsbewegungen verzeichnet werden. Veränderungen der Höhe der Lagerungsplatte waren abhängig von
der Positionierung der patiententypischen Gewichtsbelastung, sowie vom Grad der Längsverschiebung der
Tischplatte. Hierbei zeigten sich maximale Höhenveränderungen in Höhe von ca. 7mm des Tisches bei
Lagerung des Gewichtes am gantrynahen Tischplattenende und Verschiebung der Lagerungsplatte in
Richtung Gantry.
Diskussion:
Da in der Praxis die genaue Lagerung des Patienten mit Hilfe des raumfesten Lasersystems in Bezug auf
Hautmarken am Patienten geschieht, fallen die Lageungenauigkeiten in der Praxis deutlich geringer aus.
Lageänderungen des Tisches können jedoch durch Bewegungen des Patienten (z.B. Armbewegungen,
Atmung) hervorgerufen werden. Die Plattenverschiebungen können durch Lagerung des Patienten zum
distalen Plattenende hin verringert werden. Besondere Vorsicht ist bei den non-koplanaren Bestrahlungen
geboten, hier kommt der Rotationseffekt zum Tragen (Gefahr von „geographical-miss“ = Gefährdung des
Heilungserfolges). Bei Berücksichtigung der erhobenen Daten ist eine präzise Bestrahlung mittels der
vorhandenen Tischplatte möglich. Maßnahmen für die täglichen Qualitätskontrollen können aus den
gewonnenen Erkenntnissen abgeleitet werden.
I
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung .................................................................................................... 1
2 Theoretischer Hintergrund ....................................................................... 3
2.1 Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen ....................................................... 3
2.2 Physikalische Grundlagen einer Strahlentherapie ....................................... 6
2.3 Bestrahlungsarten ......................................................................................... 7
2.3.1 Perkutane Bestrahlung ............................................................................. 7
2.3.1.1 Bestrahlungsplanung .................................................................. 8
2.3.1.2 Durchführung der Bestrahlung ................................................. 10
2.4 Gesetzliche Anforderungen einer Strahlenbehandlung ............................. 12
2.5 Geometrische Prinzipien einer Strahlenbehandlung .................................. 14
2.6 Anforderungen an die Präzision einer Strahlenbehandlung ...................... 18
2.6.1 Zufällige Fehler ...................................................................................... 18
2.6.1.1 Fehler durch interne Organbewegungen .................................. 18
2.6.1.2 Fehler durch externe Einstellungs-/Lagerungsungenauigkeit .. 19
2.6.2 Systematische Fehler ............................................................................. 20
2.6.2.1 Fehler bei Delineation der VOI ................................................ 20
2.6.2.2 Fehler durch interne Bewegung der VOI’s .............................. 20
2.6.2.3 Externer Einstellungsfehler ...................................................... 20
2.6.3 Mechanische Einflüsse der Bestrahlungsanlage .................................... 21
2.6.3.1 Instabilität des Tragarmes ......................................................... 21
2.6.3.2 Präzision von Satellitenhalterungen und Kollimator ................ 21
2.6.3.3 Raumfestes Koordinatensystem und Raumlaser ...................... 22
2.6.4 Fehlerkontrolle und Verifikation ........................................................... 22
2.7 Daten zur Bedeutung der Tischplatte bei perkutaner Bestrahlung ............ 24
II
3 Fragestellung ............................................................................................ 25
4 Material und Methode ............................................................................. 26
4.1 Material ...................................................................................................... 26
4.2 Definition zur Orientierung des Tisches im Raum .................................... 26
4.3 Bewegungsformen des Bestrahlungstisches .............................................. 27
4.3.1 Aufbau des Bestrahlungstisches ............................................................ 28
4.3.2 Steuerung des Tisches ............................................................................ 30
4.4 Methode ..................................................................................................... 31
4.4.1 Messgeräte ............................................................................................. 31
4.4.1.1 Neigungsmessgerät ................................................................... 31
4.4.1.2 Maßband ................................................................................... 31
4.4.1.3 Winkeleisen .............................................................................. 31
4.4.1.4 Lasermessinstrument ................................................................ 32
4.4.1.5 Waage ....................................................................................... 32
4.4.2 Validität der Messungen ........................................................................ 32
4.4.3 Messablauf ............................................................................................. 33
4.4.3.1 Bestimmung der Abweichungsarten ......................................... 34
4.4.3.2 Definition einer durchschnittlichen Belastung ......................... 34
4.4.3.3 Ausmaß der Tischverformungen um X- und Y-Achse ............. 35
4.4.3.4 Berechnung einer theoretischen Durchbiegung ........................ 36
4.4.3.5 Bestimmung der mechanischen Bewegung zwischen
Tischkomponenten ..................................................................................... 36
4.4.3.6 Auswirkungen der gemessenen Tischveränderungen auf die im
CTV abgegebene Dosis ............................................................................. 37
4.4.4 Statistische Verfahren und Datenverwaltung ........................................ 38
5 Ergebnisse ................................................................................................. 39
III
5.1 Identifizierung der Tischabweichungen ..................................................... 40
5.1.1 Verformung des Bestrahlungstisches um die Y-Achse ......................... 40
5.1.2 Achsabweichungen des Bestrahlungstisches um X-Achse .................... 41
5.2 Definition einer durchschnittlichen Belastung .......................................... 43
5.3 Ausmaß der Tischabweichungen/Unebenheitsmessung ohne Belastung .. 44
5.3.1 Messgerät in Längsrichtung ................................................................... 44
5.3.1.1 Absolute Höhenänderung des für die Bestrahlung relevanten
Tischplattenanteils im gantry-nahen Bereich der Gesamtplatte längs ohne
Belastung .................................................................................................. 47
5.3.2 Messgerät in Querrichtung ..................................................................... 49
5.3.2.1 Absolute Höhenänderung in Querrichtung ............................... 51
5.4 Ausmaß der Tischabweichungen/Unebenheitsmessung mit Belastung ..... 53
5.4.1 Messgerät in Längsrichtung ................................................................... 53
5.4.1.1 Absolute Höhenänderung des für die Bestrahlung relevanten
Tischplattenanteils unter Belastung (gn) ................................................... 54
5.5 Theoretische Berechnung der Tischplattendurchbiegung des für die
Bestrahlung relevanten Bereichs .......................................................................... 55
5.5.1 Berechnung der Verformung der Tischplatte ........................................ 55
5.6 Auswirkungen der gemessenen Tischveränderungen auf die im CTV
applizierte Strahlendosis ...................................................................................... 58
5.7 Bestimmung der Neigungsänderungen bei Rotation im oberen und unteren
Rotationsgelenk .................................................................................................... 62
5.8 Bestimmung der mechanischen Bewegung zwischen diversen
Tischkomponenten mittels Lasermessung ........................................................... 63
5.8.1 Bestimmung der mechanischen Bewegung zwischen diversen
Tischkomponenten mittels Neigungsmesser ..................................................... 65
5.9 Zusammenfassung der Ergebnisse ............................................................. 67
6 Diskussion ................................................................................................. 69
IV
6.1 Kritische Bewertung der eigenen Methodik .............................................. 69
6.2 Diskussion der eigenen Messergebnisse .................................................... 69
7 Literaturverzeichnis ................................................................................ 72
Danksagung
Lebenslauf
V
Abkürzungsverzeichnis
CT Computertomografie
CTV Clinical target Volume
DIN Deutsches Institut für Normung
gn gantry-nah
gf gantry-fern
GTV Gross target volume
HA Handanzeige
ICRU International Comission on
Radiation Units and Measurement
IEC Internationale Elektrotechnische
Komission
ISO Internationale
Standardorganisation
ITV Internal target volume
IV Irradiated Volume
LINAC Linearaccelerator =
Linerarbeschleuniger
MLC Multileaf-Kollimator
MRT Magnet-Resonanz-Tomografie
POI Point of Interest
PTV Planning target volume
TPC Tischpositionscode
TV Treated volume
VOI Volume of interest
VI
Abbildungsverzeichnis:
Abbildung 1: Veranschaulichung der onkologischen Volumina ........................... 17
Abbildung 2: Schema des Bestrahlungstisches mit zugehörigen Achsen zur
Orientierung im Raum ........................................................................................... 26
Abbildung 3: Schemazeichnung Bestrahlungstisch mit eingezeichneten Achsen
und Punkt P zur Definition der Tischposition ....................................................... 28
Abbildung 4: Linearbeschleuniger und Bestrahlungstisch .................................... 29
Abbildung 5: Abbildung des Steuergerätes ........................................................... 30
Abbildung 6: Messgerät der Firma Wyler, kopiert aus Datenblatt des Messgerätes
............................................................................................................................... 31
Abbildung 7: Ansicht der Aufstellungspositionen des Messgerätes auf dem
Bestrahlungstisch (Messraster) .............................................................................. 35
Abbildung 8: Skala an Tischkomponente „Tischplatte“ mit Lasergerät ............... 37
Abbildung 9: Schematische Tischdarstellung mit Verformung um die Y-Achse . 40
Abbildung 10: Neigung um die X-Achse .............................................................. 41
Abbildung 11: Schemazeichnung Bestrahlungstisch mit Belastung und
Verformung um Y-Achse in gantry naher Position ............................................... 43
Abbildung 12: Aufsicht der Bestrahlungstischplatte mit Längsmessraster,
durchnummeriert sind Messpositionen in rechts-Mitte und links-Aufstellung
aufsteigend von gantry nah nach gantry fern. Schraffiert ist die Position der
Tischtragesäule. ..................................................................................................... 44
Abbildung 13: Aufsicht der Bestrahlungstischplatte mit Längsmessraster,
durchnummeriert sind Messpositionen in rechts-Mitte und links-Aufstellung
aufsteigend von gantry nah nach gantry fern ......................................................... 46
Abbildung 14: Grafische Darstellung der absoluten Höhenänderung in
Längsmessung ohne Belastung .............................................................................. 47
Abbildung 15: Aufsicht der Bestrahlungsplatte mit Quermessraster, nummeriert
sind Messpositionen in rechts-, Mitte- und links-Aufstellung aufsteigend von
gantry-nah nach gantry-fern ................................................................................... 49
Abbildung 16: Grafische Darstellung der absoluten Höhenänderung in
Quermessung ohne Belastung ................................................................................ 52
VII
Abbildung 17: Grafische Darstellung der absoluten Höhenänderung in
Längsmessung mit Belastung ................................................................................ 54
Abbildung 18: Schemazeichnung eines Kragarmes mit Belastung. F ist die Kraft
mit der der Kragarm belastet wird. Dabei senkt er sich bei einer Länge von l um
die Höhenänderung f. ............................................................................................. 55
Abbildung 19: Verformung des für die Bestrahlung bedeutsamen Plattenanteils
berechnet durch das Programm "ANSYS" unter Belastung .................................. 56
Abbildung 20: Festlegung des POI ........................................................................ 58
Abbildung 21: Festlegung des POI 2mm ventral des vorangegangenen POI........ 59
Abbildung 22: Dosis-Volumen-Histogramm für Cochlea (Kurven links) und PTV
(Kurven rechts) ...................................................................................................... 60
Abbildung 23: Dosis-Volumen-Histogramm für N. opticus li. (Kurven rechts) und
re. (Kurven links) ................................................................................................... 61
Abbildung 24: Anteile der Tischverformung an der Gesamtverformung .............. 65
1
1 Einleitung
Die Strahlenbehandlung ist neben der chirurgischen und medikamentösen
Behandlung maligner Tumoren eines der drei Standbeine der Onkologie und hat
in den letzten Jahren ständig an Bedeutung und Erfolgen gewonnen
(Wannenmacher et al., 2006). Grundsätzlich unterscheidet man zwei
Zielsetzungen: Die kurative Strahlentherapie mit dem Ziel der Heilung einer
Tumorerkrankung und einer symptomatischen oder palliativen Strahlentherapie
mit dem Ziel der Linderung von Symptomen.
In den letzten Jahrzehnten wurde die Strahlentherapie Gegenstand intensiver
Forschung von Medizinern, Biologen und Physikern. So erfuhr die
Strahlentherapie eine so rasante Weiterentwicklung wie kaum eine andere
medizinische Disziplin (Meyer et al., 2007, Zullo et al., 2007).
Moderne Linearbeschleuniger ermöglichen eine wirksame Bestrahlung von
Tumoren in nahezu allen Regionen des Körpers. Schon in den achtziger Jahren
beschrieben Ling et al. den besonderen Fortschritt in der Strahlentherapie in Form
der Entwicklung bildgebender Verfahren, wie der Computertomographie und der
Kernspintomographie, die es ermöglichen, ein virtuelles, dreidimensionales und
individuelles Patientenmodell zu generieren (Ling et al., 1983). In Verbindung mit
Algorithmen zur Dosisberechnung und der Möglichkeit, durch moderne
Computergrafik sowohl den Patienten als auch die Dosisverteilung
dreidimensional darzustellen, resultiert daraus eine computergestützte
Bestrahlungsplanung mit einer hohen Zielgenauigkeit. Es ist möglich, eine
spezifische Strahlendosis an ein definiertes Zielvolumen präzise abzugeben (Riis
und Zimmermann, 2009, Troccaz et al., 1995). Die Genauigkeit einer Bestrahlung
ist von mehreren Faktoren abhängig, prinzipiell aber betrifft sie drei Elemente:
Die Bestrahlungsvorrichtung, die Bestrahlungstischplatte und das zu bestrahlende
Objekt. Bei einer Bestrahlung müssen alle drei Elemente geometrisch aufeinander
abgestimmt werden. Die größten Bestrahlungsungenauigkeiten sind dabei
patientenbezogener Genese, während die Präzision der technischen Elemente, wie
Bestrahlungsvorrichtung und Bestrahlungstischplatte im Vergleich zu
patientenabhängigen Ungenauigkeiten vergleichsweise gering ausfallen.
2
Während Arbeiten zur Genauigkeit von Linearbeschleunigern, sowie von
Simulatoren im Laufe der Jahre vorangetrieben wurden, kam der Genauigkeit, mit
der ein Bestrahlungstisch ausgerichtet werden kann, eine nur untergeordnete Rolle
zu. Mit zunehmender Präzision der Bestrahlungsgeräte gewinnt die exakte
Positionierbarkeit des Behandlungstisches an Bedeutung.
Ziel dieser Arbeit ist deshalb die Bestimmung der vom Bestrahlungstisch
verursachten Bestrahlungsungenauigkeiten und Beurteilung ihrer Bedeutung für
die radioonkologische Behandlung von Patienten.
3
2 Theoretischer Hintergrund
2.1 Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen
Strahlen, die beim Durchgang durch Materie über Stoßwechselwirkungen Ionen
erzeugen können, werden als „ionisierend“ bezeichnet. Ionen sind geladene
Atome, bei denen sich im Gegensatz zu neutralen Atomen die Anzahl der
Hüllenelektronen und der Protonen im Kern unterscheidet (Lindner und
Kneschaurek, 1996). Man unterscheidet zwischen natürlicher und künstlich
erzeugter Strahlung: Die zuerst genannte Form geht von einigen in der Natur
vorkommenden Atomen aus, während die künstliche Radioaktivität beim Zerfall
von Nukliden auftritt, die im Labor oder Kernreaktor erzeugt wurden (Harms,
2006).
Die Atomkerne dieser Atome haben die Eigenschaft, dass sie zeitlich nicht stabil
sind und radioaktiv zerfallen. Hierbei werden je nach Zerfallsart Alphateilchen,
Betateilchen oder Gammaquanten abgestrahlt.
Das Alphateilchen ist ein Heliumkern welcher aus zwei Protonen und
zwei Neutronen besteht
Ein Betateilchen ist ein Elektron. Es entsteht, bei Umwandlung eines
Neutrons in ein Proton
Die Emission von Gammastrahlen tritt meist in der Folge eines Beta-
oder Alphazerfalles auf. Dabei handelt es sich um eine Strahlung mit
massenlosen energiereichen Photonen (Sauer, 2010)
In der Strahlentherapie wird ionisierende Strahlung eingesetzt, die aus
radioaktiven Zerfällen resultiert, oder durch Beschleunigung geladener Teilchen
erzeugt wird. Abhängig von der Ladungsgröße und Geschwindigkeit der Teilchen
zeigt sich eine bestimmte Wechselwirkung mit der durchdrungenen Materie
(Wannenmacher et al., 2006).
Gesetzlich gesehen unterscheidet man zwischen offenen und umschlossenen
radioaktiven Stoffen. In der Strahlentherapie kommen umschlossene radioaktive
4
Stoffe zum Einsatz. Eine Behandlung mit offenen radioaktiven Stoffen ist die
Domäne der Nuklearmediziner.
Die biologische Wirkung der ionisierenden Strahlen beruht auf einer lokalen
Energieabsorption im Tumor und im restlichen Gewebe. Durch Ionisation können
direkt Elektronen aus organischen Molekülen freigesetzt werden, wodurch die
Moleküle zerbrechen und ihre charakteristischen Eigenschaften verlieren. Da das
menschliche Gewebe zu einem großen Teil aus Wasser besteht, entstehen aus
durch Ionisation angeregten Wassermolekülen freie Radikale.
Die entstandenen freien Radikale reagieren untereinander und mit anderen
Molekülen und rufen dabei Strahlenschäden hervor. Diese Schäden können
teilweise repariert werden. Bekannt ist aber, dass Zellen nach einem
Strahlenschaden zunächst noch weiterleben, jedoch bei einer der nachfolgenden
Zellteilungen zugrunde gehen (sog. reproduktiver Zelltod) (Lindner und
Kneschaurek, 1996).
Der Erfolg oder Misserfolg einer Bestrahlung hängt also von dem Tod der
bestrahlten Tumorzellen ab, die noch mehrere Zellteilungen durchlaufen können,
bevor sie letal enden. Der klinische Erfolg ist auch gegeben, wenn weitere
Teilungen gehemmt werden und der Zelltod später eintritt.
Auch im gesunden Gewebe wird eine große Zahl von Veränderungen durch die
Strahleneinwirkung verursacht. Ihr Ausmaß ist von der Gesamtdosis, Abstand der
Einzeldosen und Dauer der Strahlenbehandlung, sowie dem bestrahlten Volumen
abhängig. Diese Veränderungen werden auch als Nebenwirkungen bezeichnet, die
bei adäquater Begleitbehandlung reversibel sind (Scherer und Sack, 1996).
Gewünscht ist eine Elektivität. Das bedeutet, dass das Tumorgewebe
strahlensensibler sein, und schon bei hohen Dosen, die für gesundes Gewebe nicht
letal sind, in der Proliferation gehemmt werden sollte (Richter et al., 2002).
Die Indikation zur Strahlenbehandlung eines Tumors wird interdisziplinär
diskutiert und von Radioonkologen gestellt (Sauer, 2010). Beispiele typischer
Indikationen sind:
lokalisierte Tumoren hoher Strahlensensibilität
lokalisierte Tumoren, bei denen Chirurgie und Strahlentherapie gleich-
gute Überlebensraten erzielen, die Radiotherapie jedoch
5
organerhaltend ist, oder bessere funktionelle und kosmetische
Resultate aufweist
lokalisierten Tumoren, die nicht radikal operabel sind
inoperablen Patienten mit lokalisierten Tumoren mäßiger
Strahlensensibilität
generalisierten Tumoren zur palliativen Therapie
Weitere Indikationen lassen sich in Form Prä-, Intra- oder Postoperativer
Strahlentherapie, sowie bei Kombination von Strahlen- und Chemotherapie
stellen.
Neben der Stellung der Strahlentherapie in der Onkologie, findet sich auch bei der
Therapie gutartiger Erkrankungen eine umfangreiche Indikationsliste. Diese
umfasst in erster Linie:
Entzündungsbestrahlung
Bestrahlung degenerativer Erkrankungen des Skeletts
Verödungstherapie (z.B. Lymphfistel)
Verhinderung einer Abstoßungsreaktion
Beeinflussung endokriner Erkrankungen
Bestrahlung hypertrophischer Prozesse
(Sauer, 2010)
6
2.2 Physikalische Grundlagen einer Strahlentherapie
Zu den für die Strahlentherapie wichtigsten Strahlenarten gehören
Röntgenbremsstrahlung und Gammastrahlung. Röntgenbremsstrahlung entsteht
bei der Abbremsung von Elektronen im Coulomb-Feld von Atomkernen, z.B.
beim Auftreffen von beschleunigten Elektronen auf ein Target in einem
Linearbeschleuniger. Gammastrahlung entsteht dagegen innerhalb eines
Atomkernes durch Prozesse des radioaktiven Zerfalls (Flentje und Richter, 1998).
Bei der Wechselwirkung von Strahlung mit Materie wird auf diese Energie
übertragen. Wie strahlenbiologische und klinische Erfahrungen gezeigt haben,
kann das Ausmaß der Wirkung ionisierender Strahlung auf Gewebe durch die
Angabe der physikalischen Dosis beschrieben werden.
In der Medizin interessiert die Strahlenwirkung in den verschiedenen biologischen
Geweben. Deshalb benutzt man zur Dosisangabe die Energiedosis D. Sie ist
definiert als die im jeweiligen Gewebe absorbierte Energie der ionisierenden
Strahlen. Die SI-Einheit für die Energiedosis D ist das Gray [Gy] (Richter et al.,
2002).
Aus der radioonkologischen und strahlenbiologischen Erfahrung ist bekannt, dass
sowohl die räumliche als auch die zeitliche Verteilung der Dosis in jedem
Zielvolumen und Risikoorgan die relevanten Parameter für die biologische
Wirkung der strahlentherapeutischen Behandlung sind (Scherer und Sack, 1996).
Die geometrisch-räumliche Dosisverteilung wird neben der Strahlungsart
(Photonen, Elektronen), Energie, Feldgröße und Feldform, dem Bestrahlungs-
Abstand und der Strahlmodulation durch Filter, auch durch die Wahl der
Bestrahlungstechnik beeinflusst.
Dabei kommt der Dosiskonzentration auf die zu behandelnde Körperregion
(Planungs-Zielvolumen: PZV) und der maximalen Schonung des zu
durchstrahlenden oder dem PZV benachbarten gesunden Gewebes, eine hohe
Bedeutung zu (Sauer, 2010).
Insbesondere stellt sich die Aufgabe, in jedem Zielvolumen die Dosis möglichst
homogen zu applizieren. Wesentliche Optimierungskriterien sind daher unter
anderem die im Zielvolumen erreichte Minimaldosis und bestmögliche
Dosishomogenität.
7
2.3 Bestrahlungsarten
Bei der Methode einer Strahlenapplikation unterscheidet man zwei
Hauptapplikationsmöglichkeiten:
1) Perkutanbestrahlung (Teletherapie)
2) Interstitielle und intrakavitäre Strahlentherapie mit umschlossenen oder
offenen Nukliden (Brachytherapie)
2.3.1 Perkutane Bestrahlung
Die Bestrahlungstechniken der Perkutantherapie lassen sich in 2 Gruppen
einteilen:
Stehfeldbestrahlungen, durchgeführt als Einzelfeld- oder
Mehrfelderbestrahlung
Bewegungsbestrahlung mit ihren unterschiedlichen
Realisierungsformen als Vollrotations-, Teilrotations-, mehrsegmentale
Rotations- und mehrachsige Rotationsbestrahlung (Richter und Flentje
1998)
Eine möglichst konforme Bestrahlung des Tumors und die größtmögliche
Schonung des Normalgewebes und somit die Senkung der Nebenwirkungsrate ist
die Aufgabe einer vorangehenden 3D-Planung für jedes Zielvolumen und
Risikoorgan erforderlich. Dabei sollte die räumlich-zeitliche Verteilung der
Energiedosis für jedes Zielvolumen und Risikoorgan unabhängig von der
gewählten Bestrahlungstechnik und Strahlenqualität und möglichst unempfindlich
für Einflüsse durch anatomische, klinische, methodische, technische und
physikalische Unsicherheiten der Behandlung dokumentiert werden (Brahme et
al., 1988, ICRU Report 29, 1978, Hendrickson, 1988, ICRU Report 50, 1993,
Quast und Gläser, 1981, ICRU Report 62, 1999)
8
2.3.1.1 Bestrahlungsplanung
Die Bestrahlungsplanung beinhaltet alle Vorbereitungsschritte, die für eine
Strahlenbehandlung nötig sind. Eine exakte und gewissenhafte Planung bildet die
Grundlage für die Qualität und den therapeutischen Erfolg einer Strahlentherapie.
Ein optimaler Bestrahlungsplan führt zu einer möglichst homogenen Dosis im
Zielvolumen und einer möglichst niedrigen Dosis im benachbarten Gewebe. Das
Zielvolumen stellt das zu bestrahlende Volumen dar und beinhaltet das
Tumorgewebe einschließlich eines Sicherheitssaumes. Die Gewebestrukturen die
nicht bestrahlt werden sollen, aber dennoch nicht vollständig geschützt werden
können, werden Restvolumen genannt.
Die Bestrahlungsplanung wird in zwei Phasen gegliedert. Die erste Phase stellen
Aufgaben der medizinischen Bestrahlungsplanung dar. Sie sind in der DIN 6814
festgelegt. Zu den medizinischen Aufgaben der Planung zählen insbesondere:
- die Bestimmung der anatomisch - topographischen Tumorausdehnung,
- Tumorlokalisation,
- die Festlegung der Risikobereiche,
- die Festlegung der Zielvolumina,
- die Festlegung des Dosierungsplans,
- die Verordnung des Bestrahlungsplans.
Die zweite Phase stellt die physikalische Bestrahlungsplanung dar. Sie beinhaltet
die Erarbeitung der Bestrahlungstechnik, sowie die Festlegung der
Bestrahlungsparameter durch den Medizinphysiker. Dieser Planung liegen
Optimierungskriterien zugrunde. Dazu gehören:
- eine möglichst geringe Schwankungsbreite der Dosisverteilung im
Zielvolumen.
- eine möglichst geringe Dosis im Restvolumen (Risikobereiche).
- eine angemessene zeitliche Dosisverteilung.
- eine möglichst gute Reproduzierbarkeit der Dosisverteilung für jede
Einzelbestrahlung.
Diese Optimierungskriterien sind Bestandteil der DIN 6814.
9
Die exakten Tumor- und Zielvolumenlokalisationen stellen eine zentrale Aufgabe
der Bestrahlungsplanung dar. Sie beinhaltet insbesondere die Beschreibung des
Zielvolumens hinsichtlich seiner Ausdehnung und Lage im Körper, wenn
erforderlich durch Einzeichnung der Konturen in z.B. Computertomogramme oder
Röntgenübersichtsaufnahmen (Lokalisationsaufnahmen). Des Weiteren gehört die
Anfertigung der Planungsunterlagen (z.B. Computertomogramme,
Lokalisationsaufnahmen, Messaufnahmen) dazu. Um die räumliche
Dosisverteilung beschreiben zu können, ist für das Zielvolumen unter anderem die
Angabe der Dosisvariation zwischen der Minimal- und Maximaldosis im
Zielvolumen notwendig. Dies geschieht je nach Qualität der Bestrahlungsplanung
am besten dreidimensional (Lindner und Kneschaurek, 1996, Scherer und Sack,
1996)
Im Weiteren muss die Lagerung des Patienten festgelegt werden. Damit
verbunden ist das Anbringen von Markierungen auf der Haut des Patienten und an
den Hilfsvorrichtungen, die der besseren Reproduzierbarkeit der
Bestrahlungsposition dienen.
Die Computertomografie ist das wichtigste bildgebende Verfahren zur Erfassung
der Tumorausbreitung. Sie erlaubt allerdings keine genauere Tumorklassifikation.
Da die einzelnen CT-Schnitte eine ortsabhängige Darstellung der
Schwächungskoeffizienten des Patienten liefern, eignet sich die
Computertomografie hervorragend für die rechnerunterstützte
Bestrahlungsplanung. Neben der Tumorausbreitung werden durch die
Computertomografie auch die benachbarten Strukturen dargestellt, so dass eine
klinische Zielvolumendefinition unter Schonung von benachbarten Risikoorganen
möglich wird. In einigen Körperregionen ist die Magnet-Resonanz-Tomografie
das Mittel der Wahl zur Festlegung des Zielvolumens.
Der Therapiesimulator ist eine an die Bedingungen der Strahlentherapie
angepasste Röntgendiagnostikanlage. Sie entspricht im Aufbau dem
Bestrahlungsgerät, erlaubt aber lediglich eine Durchleuchtung des Patienten. Die
Anlage dient zur Lokalisation und Dokumentation von Bestrahlungsfeldern. Die
gewählten Bestrahlungsbedingungen können simuliert werden. Hierbei wird die
Lage der Bestrahlungsfelder überprüft, eingestellt und auf der Haut markiert. Das
Ergebnis wird mit Hilfe der Simulationsaufnahmen dokumentiert.
10
2.3.1.2 Durchführung der Bestrahlung
Nach Erstellung des Bestrahlungsplans und Überprüfung seiner praktischen
Durchführbarkeit, wird mit der Bestrahlungsserie begonnen. Hierzu wird der
Patient auf einen Bestrahlungstisch gelegt. Dieser ist ein fest auf den Fußboden
montierter, um 2 Achsen rotierbarer, sowie in Höhe, Längs- und Querrichtung
einstellbarer Behandlungstisch. Um den Patienten herum kann sich die Gantry des
Linearbeschleunigers drehen, um verschiedene Einstrahlungsrichtungen der
Strahlung vornehmen zu können. Für jede Sitzung muss der Patient identisch
gelagert werden, und durch sorgfältige Tischpositionierung mit möglichst hoher
Präzision ausgerichtet werden. Die Fixierung des Patienten, mit speziellen
Einrichtungen, spielt ebenfalls eine Rolle. Zahlreiche Studien zu
Fixierungsmodellen zeigen die Bedeutung einer guten Immobilisation.
Dem Personal dienen zur genauen Einstellung Einstellhilfen, z.B. in Form von
dreidimensional angebrachten Lichtzeigern. Das Bestrahlungsfeld wird durch
mehrfache Hautmarkierungen gekennzeichnet. Schon geringe Abweichungen bei
der Lagerung führen zu erheblichen Dosis-Schwankungen des bestrahlten
Volumens im Körper (Scherer und Sack, 1996).
Die Möglichkeiten der Lagerungsabweichungen sind vielfältig (Henke, 1982)
Einmal handelt es sich um Verschiebungen in der senkrechten und waagerechten
Richtung, zum zweiten findet man Lagerungsabweichungen in Form von
Rotationen. Auch eine Kombination dieser Abweichungsformen ist sehr
wahrscheinlich.
Da der Therapieerfolg wesentlich von der exakten Lagerung und Positionierung
der Bestrahlungsfelder abhängt, sind Kontrollen zur Qualitätssicherung
unumgänglich. Diese Kontrollen werden mit Hilfe der Feldkontroll- bzw.
Verifikationsaufnahmen durchgeführt (Sauer, 2010). Diese Aufnahmen werden
am Bestrahlungsgerät während der Bestrahlung vorgenommen.
Um bei diesen hohen Energien verwertbare Aufnahmen erstellen zu können, sind
spezielle Filme notwendig. Sie besitzen einen breiten Belichtungsspielraum und
eine steile Gradation. Die Filme sind zwischen zwei Bleiverstärkerfolien eingelegt
(Scherer und Sack, 1996). Die Filmschwärzung wird im Wesentlichen durch die
im Blei ausgelösten Sekundärelektronen hervorgerufen. Obwohl der Kontrast und
die Abbildungsschärfe limitiert sind, ist eine Beurteilung der Feldlage möglich.
11
Durch einen Vergleich mit den Simulationsaufnahmen oder
Lokalisationsaufnahmen ist es möglich, Abweichungen des Bestrahlungsfeldes
am Patienten zu erkennen und zu quantifizieren.
12
2.4 Gesetzliche Anforderungen einer Strahlenbehandlung
Alle rechtlichen Regelungen, die durch Gebote, Verbote oder durch
administrative Maßnahmen den Zweck haben, Menschen, Sachen und die Umwelt
gegen schädliche Wirkungen ionisierender Strahlung zu schützen werden unter
dem Begriff des Strahlenschutzrechts zusammengefasst.
Der Umgang mit radioaktiven Stoffen und der Betrieb von Anlagen zur
Erzeugung ionisierender Strahlung in der Radioonkologie unterliegen einem
komplexen Netz rechtlicher und ergänzender administrativer, sowie technischer
Regeln und Empfehlungen.
Die in der Strahlentherapie verwendeten Geräte unterliegen entweder der
Röntgenverordnung oder der Strahlenschutzverordnung, so ist die Richtlinie
„Strahlenschutz in der Medizin“ für den gesamten Themenbereich maßgeblich
(Richter et al., 2002).
Mehr als andere Rechtsbereiche ist das Strahlenschutzrecht in seinen materiell-
rechtlichen Regelungen weltweit vereinheitlicht. Verbindliche oder empfehlende
Strahlenschutzfestlegungen stützen sich auf „Recommendations“ der
Internationalen Strahlenschutzkommission (IRCP).
Technische Details und Durchführungsvorschriften werden in nationalen DIN-
Normen oder internationalen Standards (Internationale Elektrotechnische
Kommission IEC, Internationale Standard-Organisation ISO), zunehmend auch
harmonisiert als Europanormen (DIN-EN, DIN-EN-ISO) oder in internationalen
Empfehlungen (ICRP, ICRU) festgelegt (Flentje und Richter, 1998).
Für die Teletherapie mit Photonenstrahlung werden im ICRU Report 50 Leitlinien
für die Dosisspezifikation aufgestellt. Von zentraler Bedeutung ist bei diesem
Konzept die Referenzdosis, d.h. die Energiedosis, die für die physikalische
Dosisverteilung im Planungs-Zielvolumen als repräsentativ angesehen wird,
sowie der nach vereinbarten Regeln festzulegende Referenz-Dosispunkt. Bei der
Angabe relativer Dosiswerte, z.B. in Form von Isodosen, wird die Dosis am
Referenz-Dosispunkt gleich 100% gesetzt (DIN 6827-1, 2000).
Als Minimum fordert der ICRU-Report 50 für die Dosisspezifikation die Angabe
der Referenzdosis, d.h. der Dosis im Referenz-Dosispunkt, der Maximal- bzw.
Minimaldosis im Planungs-Zielvolumen, der Dosis im Risikobereich sowie die
Angabe von Dosisspitzen.
13
Jeder Patient muss die Behandlung erhalten, die die besten Erfolgsaussichten mit
den geringsten Nebenwirkungen bietet. Um diese optimale Behandlung mit
hinreichender Präzision (Brahme, 1987, Brahme, 1984, Brahme, 1995, Dutreix,
1984) zu gewährleisten, sind geeignete medizinisch-klinische, bzw. medizinisch-
physikalische Maßnahmen zum Qualitätsmanagement zu erfüllen. Insbesondere
sollten alle Entscheidungs- und Arbeitsabläufe optimiert und klar dargelegt
werden (DIN ISO 9000-1, 1994).
Um zu gewährleisten, dass die verordnete, hinreichend hohe Dosis sicher und
homogen in jedem Zielvolumen appliziert wird, und Risikoorgane hinreichend
geschont werden, ist eine sorgfältige Kontrolle jeder Bestrahlungsplanung und
Bestrahlungsdurchführung notwendig.
Alle Bestrahlungsparameter müssen genau eingehalten werden. Daher sind nach
Neuinstallation bzw. Änderung des Bestrahlungssystems, Abnahmemessungen
von Dosimetriesystemen, Lokalisationseinrichtungen, Planungssystemen und
Bestrahlungsanlagen erforderlich.
Weiterhin werden Konstanzprüfungen nach DIN-Normen (DIN 6847-5, 1998,
DIN 6846-2, 2003, DIN 6827-1, 2000) durchgeführt, die eine Überprüfung der
funktionellen Qualitätsmerkmale (z.B. Sicherheitseinrichtungen), der
dosimetrischen Qualitätsmerkmale (z.B. des Dosismonitorsystems) und der
geometrischen Qualitätsmerkmale (z.B. der geometrischen
Strahlenfeldeigenschaften) gewährleisten. Unerlässlich sind regelmäßige
Wartungen und notwendige Reparaturen (Scherer und Sack, 1996).
14
2.5 Geometrische Prinzipien einer Strahlenbehandlung
Die Strahlenerzeugung für die Teletherapie erfolgt überwiegend durch die
Beschleunigung von Teilchen. Für die klinische Anwendung haben sich
Vielfachbeschleuniger durchgesetzt, bei denen die geladenen Teilchen auf
linearen, kreisförmigen oder spiralförmigen Bahnen beschleunigt werden.
Die für die lineare Beschleunigung erforderlichen Elektronen werden durch eine
Elektronenkanone freigesetzt. In dieser werden Elektronen aus einer Glühkathode
emittiert und durch eine angelegte Spannung zur Anode beschleunigt, so dass sie
durch das zentrale Loch der Anode hindurch direkt in das Beschleunigungsrohr
gelangen (Flentje und Richter, 1998).
Bei den meist waagerecht liegenden Beschleunigungsröhren muss eine
Umlenkung der Elektronen erfolgen, damit sie auf den Patienten gerichtet werden
können. Dies geschieht mit starken Magneten. Nach der Umlenkung werden die
Elektronen entweder direkt zur Bestrahlung verwendet, oder zur Erzeugung von
Bremsstrahlung auf ein Target geleitet. Die Strahlung wird zunächst durch eine
Primärblende eingegrenzt und bei direkter therapeutischer Nutzung in geeigneter
Weise aufgeweitet. Die endgültige Kollimierung geschieht mit Tubussen oder
Trimmern (Elektronenstrahl).
Bei der Anwendung von Bremsstrahlphotonen werden durch ein Einbringen von
Ausgleichskörpern, sowie Blockblenden oder Lamellenkollimatoren eine
möglichst homogene Intensitätsverteilung der Strahlung und ein optimales
Bestrahlungsfeld erzeugt.
Wird die Elektronenstrahlung direkt für therapeutische Zwecke genutzt, so muss
der schmale Elektronenstrahl aufgeweitet und auf Strahlenhomogenität überprüft
werden. Auch bei den Bremsstrahlenphotonen ist eine homogene
Intensitätsverteilung erforderlich. Dies geschieht durch einen kegelförmigen
Ausgleichskörper, durch dessen stärkere Absorption in der Mitte des Strahls die
im Target erzeugte Inhomogenität ausgeglichen wird.
Zur endgültigen Formung/Kollimierung des Feldes werden Blockblenden oder
Lamellenkollimatoren verwendet, mit denen auch irregulär geformte Felder
erzeugt werden können (Richter et al., 2002).
15
Aus der Verantwortung gegenüber dem Patienten und dem Schutz der Mitarbeiter
ist es besonders wichtig, systematische Fehler in der Kette der Abläufe der
Strahlentherapie zu vermeiden. Dies ist zu erreichen, indem an Stellen der Kette,
wo solche Fehler auftreten, besonders hohe Anforderungen an die Präzision
gestellt werden. Das heißt zum Beispiel, dass Toleranzen für die geometrischen
Größen am Simulator und Therapiegerät sehr eng gesteckt werden müssen.
So muss eine präzise Dosierung und die tägliche Reproduzierbarkeit der
Bestrahlung durch regelmäßige Kontrollmessungen sichergestellt (Flentje und
Richter, 1998). Die Präzision ist dabei definiert als zufälliges Streuen von
Messwerten um einen Erwartungswert.
Svensson fand in einer klinischen Studie heraus, dass die Präzision beeinflussende
Parameter, wie die Zentralachsendosis, die Abmessungen und die aus einer
Behandlungsplanung resultierenden dosimetrischen Unsicherheiten in optimaler
Situation etwa 5% ausmachen, während die sich aus der Gerätausrichtung mit
Patientenlagerung, sowie Organbewegungen ergebenden Unsicherheiten bei ca. 8
– 10 mm liegen können (Svensson, 1984).
Die bei der Strahlentherapie notwendige Präzision soll durch die Bestrahlung mit
einer exakten Dosis und durch präzises Ansteuern des Zielvolumens erreicht
werden. Diese Präzision ist eng mit der Effektivität der Strahlenbehandlung
verknüpft. (Herring und Compton, 1971, Perez, 1977, Sauer, 2010, Suit und
Goitein, 1974).
Die Durchführung einer suffizienten Therapie und das Erreichen eines
angestrebten therapeutischen Effektes erfordern, ebenso, wie die Minimierung des
Risikos, einige Krebszellen nicht zu bestrahlen, eine genaue Definition der
Grenzen um das Zielvolumen herum (ICRU Report 50, 1993, ICRU Report 62,
1999).
Die nachfolgenden Definitionen basieren auf den Deutschen Normen „Begriffe
und Benennungen in der radiologischen Technik“ (DIN 6814-8) und
„Protokollierung bei der medizinischen Anwendung ionisierender
Strahlung/Therapie mit Röntgen-, Gamma- und
Elektronenbestrahlungseinrichtungen“ (DIN 6827-1) sowie dem ICRU Report 50
„Prescribing, Recording and Reporting Photon Beam Therapy“.
16
Haupttumorvolumen (gross target volume, GTV): Es umfasst den
makroskopisch sichtbaren oder anderweitig nachweisbaren Tumor.
Klinisches Zielvolumen (clinical target volume, CTV): Dieses beinhaltet
den sichtbaren Tumor einschließlich suspekter (subklinischer)
Tumorregionen (z.B. Sicherheitssaum um das GTV oder den regionalen
Lymphabfluss, wenn er mitbehandelt werden muss). Das CTV basiert auf
einem klinischen Konzept. Im CTV soll die verordnete Dosis wirksam
werden.
Inneres Zielvolumen (internal target volume, ITV): Dieses beinhaltet das
CTV und einen Begrenzungssaum, um den Variationen von Position,
Form und Größe des CTV gerecht zu werden
Planungszielvolumen (planning target volume, PTV): Dieses beinhaltet
zusätzlich zu GTV, CTV sowie ITV einen “Setup-Saum”. Dieser dient
dem Ausgleich technischer Unsicherheiten, die durch präzises Setup,
sichere Patientenimmobilisation sowie mechanische Stabilität des
Bestrahlungsgerätes optimiert werden können
Behandlungsvolumen (treated volume TV): Es ist das behandelte
Volumen, das von der gewünschten Isodose, die repräsentativ für die
Tumorvernichtung oder Palliation ist, umschlossen werden soll.
Bestrahltes Volumen (irradiated volume IV): Das bestrahlte Volumen ist
größer als das Behandlungsvolumen. Es erhält eine Dosis, die
repräsentativ bezüglich der normalen Gewebetoleranz ist.
Zusätzlich ist es notwendig, Risikoorgane und Risikobereiche anzugeben, in
denen eine Maximaldosis (Toleranzdosis) nicht überschritten werden darf.
17
Abbildung 1: Veranschaulichung der onkologischen Volumina
18
2.6 Anforderungen an die Präzision einer Strahlenbehandlung
Das Problem der präzisen Strahlenlenkung ist ein komplexes Thema, das die
Schwierigkeit der exakten Zielvolumendefinition, der Zielvolumenlokalisation
anhand externer Landmarken auf der Haut, sowie der genauen, reproduzierbaren
Patientenlagerung und Immobilisation, beinhaltet (Li et al., 2009, Verhey et al.,
1982, Wiehle et al., 2009). Auch in aktuellsten Studien werden Verfahren zur
möglichst präzisen Strahlenapplikation evaluiert (De Ruysscher et al., 2010).
Die ICRU schließt bei der Definition des Planungszielvolumens die von der
Positionierungs-, Fixierungs- und Bestrahlungstechnik abhängigen technischen
Unsicherheiten der Einrichtungen, der Reproduzierbarkeit der Strahlenfelder und
Einstellung bzw. die Instabilität von Bestrahlungsparametern mit ein (Scherer und
Sack, 1996).
So ist es von besonderer Wichtigkeit die Position des Zielvolumens, als auch der
strahlensensitiven Strukturen, klar zu definieren.
Zu den geometrischen Unsicherheiten in der Strahlentherapie tragen bei:
Fehler durch interne Organbewegungen
Fehler durch externe Einstellungs-/Lagerungsungenauigkeit
Fehler beim Zeichnen (Delineation) der VOI (Volume of interest)
Fehler durch interne Bewegung der VOI’s zwischen Planungs-CT und
RT
Externe systematischer Einstellungsfehler
2.6.1 Zufällige Fehler
2.6.1.1 Fehler durch interne Organbewegungen
Atmung, Peristaltik, sowie unterschiedliche Füllung von Hohlorganen führen zu
internen Organbewegungen bzw. Organverformungen, die Einfluss auf Form und
Lokalisation von Zielvolumina und Risikoorganen haben. So stellten Van Haaren
et al. in einer Studie bezogen auf die Sicherheitssäume bei der Bestrahlung des
Prostatakarzinoms heraus, dass ein Saum von 8mm zur regulären
Dosisapplikation ohne tägliche Kontrollen der Lage des zu bestrahlenden Organes
unzureichend ist (van Haaren et al., 2009). Wu untersuchte die Größe von
19
Fehlern, die durch Atemexkursionen während einer Strahlentherapiesitzung
entstehen, diese zu messen und durch ein Tracking-System zu minimieren (Wu
und Chen, 2010).
2.6.1.2 Fehler durch externe Einstellungs-/Lagerungsungenauigkeit
Um die Reproduzierbarkeit der Lagerung des Patienten auf dem Bestrahlungstisch
bei minimalen Positions-Variationen durch zufällige Fehler zu optimieren, werden
Lagerungs- und Fixierungshilfen eingesetzt.
Alle auftretenden geometrischen Fehler (Positions- und Winkelfehler) äußern sich
letztendlich in einem Dosierungsfehler: Die Dosis an einem feldrandnahem Punkt
vergrößert oder verringert sich erheblich, wenn die Position des Feldrandes nicht
getroffen wird, während sich Positionierungsfehler in der Feldmitte im
Allgemeinen nur wenig auswirken. Der Gesamtfehler ist das Ergebnis aller
auftretenden Unsicherheiten (Flentje und Richter, 1998).
Im Bereich der stereotaktischen Strahlentherapie werden Standardabweichungen
der Anordnung des Patienten zu den Strahlenfeldern zwischen 0,5mm (3D-
Translation im Raum) und 1,3mm (kraniokaudal) erreicht (Wiehle et al., 2009).
Bei Verwendung einer thermoplastischen Gesichtsmaske für den Kopf und
Halsbereich fanden Mitine et al. in einer 1991 durchgeführten Studie heraus, dass
maximale Standardabweichungen in Höhe von 4,5 mm in anterior-posteriorer
Abweichung zu finden waren (Mitine et al. 1991). Thornton et al. konnte im
gleichen Jahr eine Abweichung zwischen 1,3mm (kraniokaudal) und 1,9mm
(anterior-posterior) unter Verwendung einer thermoplastischen Gesichtsmaske
feststellen (Thornton et al. 1991). Scott et al. zeigen unter Verwendung einer an
Zähnen und Kopfknochen befestigten Maske, dass 93% der untersuchten
Patienten eine Repositionsungenauigkeit unter 1mm aufwiesen (Scott et al.,
1997).
Am Beispiel des Prostatakarzinomes bestimmten Perez-Romasanta et al. die
erforderlichen Sicherheitssäume bei Verwendung von extern angebrachten
Hautmarken. Sie bestimmten Säume zwischen 9 und 10,5mm an den lateralen
Tumorgrenzen, 15,2-17,8 mm an den anterioren und posterioren Tumorgrenzen
sowie 10,6 und 12,4mm an superioren und inferioren Tumorgrenzen. Die
vorstehenden Wert wurden aus Organverschiebungen in Höhe von 2.4 mm lateral,
4.2 mm anterior-posterior und 3.1 mm superior-inferior sowie
20
Lagerungsungenauigkeiten in Höhe von 1.8mm lateral, 3.0mm anterior posterior
und 1.7 mm superior-inferior bestimmt (Perez-Romasanta et al., 2009). Mutanga
et al. entwickelten eine online-Lokalisationsapparatur zum Nachweis von
Markern im Bereich der Prostata. Hier konnten Translokationen des Zielorganes
von nur 0,5 in links-rechts, 0,3 in kranio-kaudal- und 0,2 mm in anterior-
posterior-Richtung festgestellt werden (Mutanga et al., 2008).
2.6.2 Systematische Fehler
2.6.2.1 Fehler bei Delineation der VOI
Fehler können bereits bei der Einzeichnung von Zielvolumina entstehen. Bei der
Definition des CTV kann die Variabilität, bei Festlegung durch diverse erfahrene
Radioonkologen eines oder verschiedener Institute, erheblich sein (Cazzaniga et
al., 1998, Fiorino et al., 1998, Giraud et al., 2002, Perez-Romasanta et al., 2009,
Senan et al., 1999, Valicenti et al., 1999, van Haaren et al., 2009).
2.6.2.2 Fehler durch interne Bewegung der VOI’s
Momentaufnahmen des Bestrahlungsplanungs-CT sind im Verlaufe einer
Bestrahlungsserie in einigen Fällen nicht mehr repräsentativ. Die Füllung von
benachbarten Hohlorganen, oder durch manipulative Eingriffe entstandene
Verschiebungen der Zielvolumina führen zu systematischen Fehlern (Thilmann et
al., 2006). Zullo et al. untersuchte in seiner Studie die
Untersuchungsungenauigkeiten, die durch eine Absinken der
Untersuchungstischplatte des Planungs-CT-Gerätes entstehen. Zullo et al. konnten
ein Absinken der Platte in Vertikalrichtung von maximal 6,6mm messen (Zullo et
al., 2007)
2.6.2.3 Externer Einstellungsfehler
Bei der Übertragung der geometrischen Daten bezüglich der Lage des
Isozentrums vom Bestrahlungsplanungs-Rechner auf den Patienten, entweder am
Simulator oder direkt am Bestrahlungsgerät, kann es zu Abweichungen vom
21
vorgegebenen Plan kommen, wodurch ein systematischer Einstellungsfehler
entsteht.
2.6.3 Mechanische Einflüsse der Bestrahlungsanlage
Eine Untersuchung von Wymann aus dem Jahr 2002 zeigt, dass mechanische
Ungenauigkeiten an Systemen, wie Behandlungstisch- und Gantryausrichtung,
sowie eine veränderte Übereinstimmung zwischen Kollimatorachse und
Behandlungstischachse eine Abweichung des Behandlungsstrahles vom
Zielvolumen bis zu 3mm bei alten Bestrahlungsanlagen, und 1mm bei neu
installierten Anlagen hervorrufen können (Wyman et al., 2002).
2.6.3.1 Instabilität des Tragarmes
Sowohl herkömmliche, als auch intensitätsmodulierte Bestrahlungen benötigen
isozentrische Bestrahlungsfelder, die durch Genauigkeits-Variationen der
Gantrydrehung entscheidend beeinflusst werden (Wyman et al., 2002).
Tsai et al. zeigen in einer 1996 durchgeführten Studie auf, dass das Isozentrum
des in ihrer Untersuchung beurteilten Linearbeschleunigers bei Gantrydrehung um
360° einer Schleife folgte, deren maximaler Durchmesser dabei 1,0 mm betrug
(Tsai et al., 1996).
2.6.3.2 Präzision von Satellitenhalterungen und Kollimator
Mit Hilfe von im Strahlerkopf des Therapiegerätes integrierten Lamellen- und
Blockblenden, können geometrische Feldformen reproduzierbar und effizient
beeinflusst werden.
Bei der 3D-Planung werden Lamellenblenden automatisch berücksichtigt und
optimale Blendenwinkel und Lamellenpositionen errechnet (Scherer und Sack,
1996). Dabei wirkt sich die stufenartige Feldbegrenzung kaum auf die
Dosisverteilung aus. Die Streubeiträge gleichen die Stufenform weitgehend aus
(Zhu et al., 1992).
Zur Bestrahlung besonders kleiner Felder z.B. in der stereotaktischen
Strahlentherapie, werden besonders schmale Lamellen verwendet (Boesecke et
22
al., 1988, Schlegel et al., 1993). Wichtig ist die sehr genaue Ausrichtung des
Patienten mit Hilfe der Raumlaser. Im Bezug auf die Verwendung diverser
Blenden führt eine unregelmäßige Positionierung des Patienten dazu, dass sich
das Tumorvolumen partiell nicht mehr im exakten Zielvolumen des
Linearbeschleunigers befindet, oder durch Blenden verschattet wird (Bentel et al.,
1989, Sauer, 2010).
Zacarias et al. bestimmten in einer Studie die Genauigkeit der Feldposition eines
Linearbeschleunigers. Dabei zeigte sich unter Gantrydrehung und Verschiebung
der Blenden eine mittlere Genauigkeit in der Feldausrichtung in Höhe von
maximal 0,3 mm welches eine Dosisvariation in Höhe von maximal 6% darstellt
(Zacarias et al., 1993). Auch in einer aktuelleren Studie konnte Wong zeigen, dass
bedingt durch Einstellungsungenauigkeiten des Multi-leaf-Collimators
signifikante Dosisabweichungen entstehen können, welche allerdings in der
Summe gering ausfallen (Wong, 2004)
2.6.3.3 Raumfestes Koordinatensystem und Raumlaser
Die weit verbreitete Methode, die Positionierung des Patienten auf
Hautmarkierungen zu beziehen, verlangt höchste Sorgfalt in der Übertragung der
im Bestrahlungsplan ausgewiesenen Bezugspunkte. Unter günstigen
Bedingungen, beispielsweise im Kopf-Halsbereich, lässt sich mit Hilfe der
üblichen raumfesten Justierlaser eine auf Hautmarkierungen bezogene
Reproduzierbarkeit der Positionierung von wenigen Millimetern erreichen. Im
Beckenbereich und bei adipösen Patienten ist die Reproduzierbarkeit kaum besser
als 10 mm (Huddart et al., 1996).
2.6.4 Fehlerkontrolle und Verifikation
Eine wesentliche Aufgabe der Fehlerkontrolle in der Strahlentherapie ist die
Verifizierung der geometrischen Einstellung der Bestrahlungsfelder, d.h. die
Erstellung von Radiographien am Bestrahlungsgerät, die dann mit
Simulatoraufnahmen und der Rechnerplanung verglichen werden. Mehrere
Untersuchungen haben gezeigt, dass zwar der Mittelwert der Abweichungen nahe
Null lag, aber auch Abweichungen von über 1 cm zu finden waren.
23
Eine regelmäßige Kontrolle mittels Feldkontrollaufnahmen erlaubt es die Fehler
zu korrigieren und führt auch zu einer Reduzierung derartiger Abweichungen.
Um diese nicht therapeutisch wirksam werden zu lassen, muss das
Planungszielvolumen einen entsprechenden Sicherheitsrand (Setup-Margin)
enthalten. Um eine Entscheidung über das Ausmaß dieses Sicherheitssaumes des
PTV treffen zu können, betonen Alheit et al. in einer 2001 durchgeführten Studie
die Bedeutung einer institutionsspezifischen Bestimmung der Genauigkeit des
Isozentrums (Alheit et al., 2001).
Zur weiteren Sicherung der Präzision sollten der Patiententisch und seine
Drehachsen auf ihre zum Raumkoordinatensystem parallele Ausrichtung hin
kontrolliert werden. Zusätzlich ist sie Stabilität bei Belastung bis 135 kg zu
prüfen. Auch die elektronischen Anzeigen der Längs- und Querverschiebung
müssen erfahrungsgemäß auf ihre Exaktheit hin untersucht werden. (Flentje und
Richter, 1998)
24
2.7 Daten zur Bedeutung der Tischplatte bei perkutaner Bestrahlung
Während Arbeiten zur Genauigkeit von Linearbeschleunigern, sowie von
Simulatoren im Laufe der Jahre vorangetrieben wurden, kam der Genauigkeit, mit
der ein Bestrahlungstisch ausgerichtet werden kann, eine nur untergeordnete Rolle
zu.
Die Genauigkeit bei Ausrichtung des Behandlungstisches spielt eine Rolle bei der
präzisen Bestrahlung eines Zielvolumens. Vakaet fand in seiner Studie 1998
heraus, dass Standardabweichungen nach wiederholter Ausrichtung eines
Behandlungstisches in seiner Höhe gemittelt ca. 1mm betrugen, bei Ausrichtung
in Längs- und Querrichtung 3mm bzw. 5mm (Vakaet et al., 1998). Karger et al.
untersuchten 2001 in einer Studie die Übereinstimmung zwischen dem Verlauf
der Tischrotationsachse und dem Isozentrum der Bestrahlungsanlage. Die
Abweichungen dieses Achsenverlaufes in Bezug auf das Isozentrum betrug +/-
0,25°. Die Neigung des Tisches in Bezug auf eine XZ und YZ-Ebene wurde in
Höhe von –0.03°bis 0,02° bzw. –0,04° bis 0,01° bestimmt. Laut Karger et al.
demonstrieren diese Ergebnisse die gute Ausrichtung des Bestrahlungstisches
während des Untersuchungszeitraumes (Karger et al., 2001). Aktuelle Studien
betonen die besondere Bedeutung der Tischausrichtung bei
Bestrahlungsvorgängen. Riis et al. untersuchten eine Positionierungsgenauigkeit
des Bestrahlungstisches mittels Tischfernbedienung. Hier konnten
Positionierungsfehler in longitudinaler Verschiebung von 0,43 mm und 0,22 mm
in lateraler Verschiebung festgestellt werden (Karger et al., 2001, Riis und
Zimmermann, 2009, Vakaet et al., 1998).
25
3 Fragestellung
Die Genauigkeit einer Bestrahlung ist von mehreren Faktoren abhängig,
prinzipiell aber betrifft sie drei Elemente: Die Bestrahlungsvorrichtung, die
Bestrahlungstischplatte und das zu bestrahlende Objekt. Bei einer Bestrahlung
müssen alle drei Elemente geometrisch aufeinander abgestimmt werden. Die
größten Bestrahlungsungenauigkeiten sind dabei patientenbezogener Genese,
während die Präzision der technischen Elemente, wie Bestrahlungsvorrichtung
und Bestrahlungstischplatte im Vergleich zu patientenabhängigen
Ungenauigkeiten vergleichsweise gering ausfallen.
Mit zunehmender Präzision der Bestrahlungsgeräte gewinnt allerdings auch die
exakte Positionierbarkeit des Behandlungstisches an Bedeutung. In dieser Arbeit
sollen am Beispiel einer konventionellen Tischplatte eines LINAC die im Alltag
auftretenden, willkürlichen Bewegungen der Bestrahlungstischplatte gemessen
und ihr potenzieller Einfluss auf die Genauigkeit der Bestrahlung analysiert
werden.
Folgende Fragen sollen beantwortet werden:
I. Welche Bewegungsabweichungen des Bestrahlungstisches eines
Linearbeschleunigers ohne Belastung in Abhängigkeit von unterschiedlich
eingestellten, praktikablen Tisch-Positionen können identifiziert werden?
II. Welche Bewegungsabweichungen zeigt der Bestrahlungstisch eines
Linearbeschleunigers mit und ohne patiententypische Belastung in
Abhängigkeit von unterschiedlich eingestellten Tisch-Positionen?
III. Wie groß sind die Bewegungsabweichungen dieses Tisches von einer idealen
Position ohne und mit Belastung der Tischplatte?
IV. Wie groß ist die Reproduzierbarkeit einer Tischposition bei mehrfacher,
sequentieller Tischpositionierung?
26
4 Material und Methode
4.1 Material
Untersucht wurde der Bestrahlungstisch einer Bestrahlungsanlage des Typs
„Saturn I“ ursprünglich gebaut von der Firma „CGR“.
4.2 Definition zur Orientierung des Tisches im Raum
Voraussetzung für ein vektororientiertes Abbildungsverfahren, und damit eine
eindeutige Benennung und Berechnung von Lage und Bewegungen von sich im
Raum ausgerichteten Objekten, ist ein allgemeingültiges Koordinatensystem des
Objektraumes. Als Beschreibungsform dieses Koordinatensystems wurde die
Form des kartesischen Koordinatensystems gewählt. Die X-Achse wird dabei
parallel zur Längsachse des Bestrahlungstisches, die Y-Achse parallel zur
Querachse festgelegt. X- und Y-Achse spannen die Ebene auf, in der sich die
Tischplatte des Bestrahlungstisches befindet. Senkrecht auf diese Ebene steht die
Z-Achse, welche die XY-Ebene auf der Tischoberseite im Verlauf der
Rotationsachse des Tisches schneidet. Der Nullpunkt, durch den alle drei Achsen
verlaufen wird willkürlich auf der Oberseite des Behandlungstisches im Zentrum
der Rotationsachse des Isozentrums des Linearbeschleunigers festgelegt.
Abbildung 2: Schema des Bestrahlungstisches mit zugehörigen Achsen zur
Orientierung im Raum
27
4.3 Bewegungsformen des Bestrahlungstisches
Man unterscheidet grundsätzlich zwei Bewegungsformen, denen der
Bestrahlungstisch unterworfen ist:
- steuerungsabhängige Bewegungsformen
- steuerungsunabhängige Bewegungsformen, sog. Tischabweichungen
Steuerungsabhängige Bewegungsformen sind konstruktionsbedingt vorgegeben
und werden durch die Einstellung des Tisches per Handsteuerung oder manuell
hervorgerufen. Mögliche Bewegungen sind
a) Rotation
b) Translation
Die steuerungsabhängige Rotation ist durch zwei Rotationsachsen gegeben.
Diese Rotations-Achsen befinden sich zum einen im Verlauf des Zentralstrahles
des Beschleunigers bei exakt vertikal ausgerichteter Gantry, zum anderen in
direktem Verlauf der höhenverstellbaren Tischtragesäule. Diese Rotationsachsen
sind parallel zur Z-Achse des Koordinatensystems ausgerichtet.
Die steuerungsabhängige Translation ist innerhalb einer XY-Ebene möglich, die
in Form einer Querverschiebung entlang einer Spur parallel zur Y-Achse oder in
Form einer Längsverschiebung entlang einer Spur parallel zur X-Achse erfolgt.
Des Weiteren lässt sich steuerungsabhängig die Tischplatte in Richtung der Z-
Achse durch eine Höhenänderung des Tisches bewegen.
Steuerungsunabhängige Bewegungen werden durch verschiedene auf den Tisch
einwirkende Kräfte hervorgerufen, und sind konstruktionsbedingt nicht zu
kompensieren.
Ebenso wie bei den steuerungsabhängigen Bewegungen finden sich bei den
steuerungsunabhängigen Bewegungen Rotations- und Translationsbewegungen
deren Ausprägung in dieser Arbeit untersucht werden sollen.
Zur eindeutigen Beschreibung der Tischposition wird ein definierter Punkt der
Bestrahlungstischplatte ausgewählt, der sich bei allen steuerungsabhängigen
28
Bewegungen der Tischplatte verändert. Dieser wird im Mittelpunkt der oben
gezeigten Orientierungsachsen im Raum festgelegt und kann für einen Tisch in
gantry naher Ausrichtung (X=0), ohne Seitverschiebung (Y=0), sowie bei
angehobener Tischplatte (Z=5) ohne eine Rotation (α=0, γ=0) wie folgt
beschrieben:
P (X = 0, Y = 0, Z = 5, α = 0°, γ = 0°)
Der Wertebereich für die einzelnen Koordinaten wurde wie folgt bestimmt:
X = 0..57, Y = -18..18, Z = -57..90, α = -60..60°, γ = -60..60°
Abbildung 3: Schemazeichnung Bestrahlungstisch mit eingezeichneten Achsen
und Punkt P zur Definition der Tischposition
4.3.1 Aufbau des Bestrahlungstisches
Der zu untersuchende Bestrahlungstisch ist in zwei Achsen drehend gelagert,
sowie in der Höhe, Quer- und Längsausrichtung einstellbar.
Der Bestrahlungstisch ist am Fußpunkt dieser Achse unterhalb des Fußbodens auf
dem Betonfußboden drehend gelagert. Eine Anzeige des Ausmaßes der Drehung
um diese Achse erfolgt durch eine einfache analoge Anzeige in Form eines
Sichtfensters auf dem Fußboden und darunter liegender Anzeigeskala.
Die Bewegung einer zweiten vertikalen Dreh-Achse erfolgt durch Drehung in
einem Drehgelenk zwischen Tischtragesäule und Tischplatte.
29
Die Höhenverstellung des Bestrahlungstisches erfolgt über ein Aus- und
Einfahren der Tischtragesäule, die über einen Spindelantrieb innerhalb von
gehärteten Stahlrollenlagern bewegt wird.
Die Längs- und Querausrichtung erfolgt mittels Gleitlagern, bzw.
Zahnradschienen, welche direkt unterhalb der Tischplatte selbige mit dem
darunter liegenden Drehgelenk verbinden. Der Antrieb ist durch elektrische
Getriebemotoren gewährleistet. Eine Arretierung des Tisches in der angesteuerten
Position erfolgt durch elektromagnetisch bewegte Bolzen, die an mechanische
Komponenten des Tisches angreifen und eine steuerungsunabhängige Bewegung
minimieren sollen.
Das Ausmaß aller steuerungsabhängigen Bewegungen ist an einem
Handsteuergerät mittels digitaler LED-Segmentanzeige ablesbar. Die
Messmethode dieser Anzeige erfolgt dabei mittels Schiebewiederstandes und
eines Analog/Digital-Wandlers.
Abbildung 4: Linearbeschleuniger und Bestrahlungstisch
30
4.3.2 Steuerung des Tisches
Zur Positionierung des Bestrahlungstisches wird einer der fünf grünen
Wahlschalter für die jeweilige Positionsänderung betätigt und mit dem Steuerrad
die Position im gewählten Freiheitsgrad verändert.
Für die metrisch erfassbaren Freiheitsgrade kann die Position mit Hilfe der am
Steuergerät angebrachten Anzeige auf zehntel Zentimeter genau abgelesen
werden. Die Anzeigen für die Rotationen werden in Grad angegeben. Die kleinste
abzulesende Einheit beträgt ein zehntel Grad. Eine weitere analoge Anzeige in
Form einer Drehskala befindet sich im Boden unterhalb des Bestrahlungstisches
eingelassen. Diese ermöglicht ein zusätzliches Ablesen der Rotation um die
Rotationsachse im Isozentrum.
Die Richtung und Geschwindigkeit der Stellmotoren zur Bewegung des Tisches in
seinen Freiheitsgraden lässt sich mit Hilfe der Auslenkung des Steuerrades
beeinflussen.
Die Bewegungsrichtung des Tisches wird durch die Drehrichtung des Steuerrades,
die Bewegungsgeschwindigkeit durch den Grad der Auslenkung des Steuerrades
bestimmt. Der Auslenkungsgrad am Steuerrad verhält sich dabei nahezu
proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit. Eine Endabschaltung an den
Stellmotoren verhindert einen ungebremsten Anschlag an die Endpositionen der
Tischausrichtung.
Abbildung 5: Abbildung des Steuergerätes
31
4.4 Methode
4.4.1 Messgeräte
4.4.1.1 Neigungsmessgerät
Die Neigung der Bestrahlungstischplatte wird mit Hilfe eines
Neigungsmessgerätes „Clinotronic“ der Firma Wyler vorgenommen. Dieses
Messgerät verfügt über ein reibungsfrei aufgehängtes Massependel von weniger
als einem Gramm Gewicht. Die Massescheibe bildet mit zwei Elektroden einen
Differentialkondensator. Die bei Neigungsänderung durch Auslenkung der
Massescheibe verursachten Kapazitätsänderungen werden durch Frequenzzählung
mittels eines eingebauten Mikroprozessors ausgewertet und in der gewählten
Masseeinheit auf der LCD angezeigt. Durch die völlig reibungsfreie Aufhängung
der Massescheibe, verbunden mit konstruktionsmässig erzwungener
Gasdämpfung, werden hohe Genauigkeiten bezüglich Repetition und Hysterese,
sowie schnelle Messungen erreicht.
Abbildung 6: Messgerät der Firma Wyler, kopiert aus Datenblatt des Messgerätes
4.4.1.2 Maßband
Zur Aufstellung und Ausrichtung des Neigungsmessgerätes wurde ein
handelsübliches Maßband hoher Fertigungsqualität verwendet, mit dem das
Neigungsmessgerät millimetergenau ausgerichtet werden konnte.
4.4.1.3 Winkeleisen
Zur Bestimmung der Unebenheiten der Platte, sowie winkelgerechter Ausrichtung
des Messgerätes wurde ein exakt gefertigtes, hochwertiges Winkeleisen genutzt.
32
4.4.1.4 Lasermessinstrument
Zur Bestimmung der Gewichtung von Abweichungsgrößen bezogen auf einzelne
Tischkomponenten wird ein speziell konstruiertes Messinstrument verwendet.
Dieses besteht aus einem auf ein Stativ montierten Laserprojektor, welcher in der
Lage ist, ein Fadenkreuz zu projizieren.
Um die Stabilität des Systems zu überprüfen, wurde das Fadenkreuz auf einen
starren, im Bestrahlungsraum markierten Punkt exakt ausgerichtet.
Über eine Zeit von einer Stunde wurde das Messgerät während des laufenden
Bestrahlungsbetriebs mit diversen Patientenlagerungen und Bewegungen des
medizinischen Personals betrieben. Dabei blieb das aufgestellte Lasersystem
unberührt.
Nach Ablauf der Zeit, wurde die Ausrichtung des Laserfadenkreuzes überprüft.
Eine Abweichung nach einer Stunde war nicht feststellbar. Das System erweist
sich damit als ausreichend stabil für die Bestimmung der Abweichung einzelner
Tischkomponenten.
4.4.1.5 Waage
Zur Bestimmung des Gewichtes der Personen für die Bestimmung eines
definierten Gewichtes wurde eine geeichte Waage aus dem Krankenhausbereich
verwendet.
4.4.2 Validität der Messungen
Um eine hohe Validität der Messungen zu erreichen, wurden diverse Methoden
angewandt. Interpersonelle Fehler wurden durch von mehreren Personen
durchgeführte Messungen bestimmt und ausgewertet. Dieser Fehler trat bei
Ausrichtung des Messgerätes auf dem Tisch, sowie wiederholte Ausrichtung von
Gewichten auf der Tischplatte und Ausrichtung der Tischplatte selber auf. Die
Ergebnisse der wiederholten Messungen mit verschiedenen Untersuchern zeigten,
dass die Messergebnisse von 3 unabhängig arbeitenden Personen so eng
korrelierten, dass ein Fehler aus obigen Fehlerquellen vernachlässigt werden
konnte (Werte 1-3 aus den Messreihen durch 3 verschiedene Untersucher).
Weiterhin wurden 2 Messungen bei leicht unterschiedlicher Temperatur (21°C,
22°C) durchgeführt. Diese Temperatur wurde durch ein geeichtes, im Raum fest
33
installiertes, hochwertiges Thermometer aufgezeichnet. Fehler durch diese
Temperaturunterschiede waren ebenfalls nur in nicht relevanten Maß vorhanden.
Um durch Messgeräte verursachte Fehler zu minimieren, wurde ein geeichtes
„Clinometer Neigungsmessgerät“ mit sehr hoher Genauigkeit verwendet, sowie
die oben genannten Messgeräte mit sehr geringer Fehlerquelle.
All diese Maßnahmen führten zu einer hohen Messgenauigkeit, deren
Gesamtfehler maximal +/- 2 Winkelsekunden betrug.
4.4.3 Messablauf
Im Verlauf der Messungen sollen nacheinander folgende Tischeigenschaften
bestimmt werden:
I. mögliche Abweichungsarten des Behandlungstisches von einer idealen, durch
Raumebenen festgelegten Position
II. Bestimmung der Größe obengenannter Abweichungen mit und ohne
Belastung des Tisches und in verschiedenen Tischpositionen
III. Beurteilung der mechanischen Stabilität der einzelnen Tischkomponenten
IV. Bedeutung der Messung für die Auswertung anderer Bestrahlungstische
34
4.4.3.1 Bestimmung der Abweichungsarten
Zur Bestimmung der Abweichungsarten des Behandlungstisches von einer
idealen, durch Raumebenen festgelegten Position wird das Neigungsmessgerät an
einer bestimmten Position auf dem Bestrahlungstisch
a) in Längsrichtung
b) in Querrichtung
aufgestellt. Eine Ablesung der Messwerte erfolgt bei der Aufstellung in
Längsrichtung von der linken Tischplattenseite aus, bei Aufstellung in
Querrichtung vom kranialen Tischplattenende aus.
Nach jeweiliger Aufstellung des Messgerätes durch den Untersucher wird der
Tisch in diversen, definierten Positionen wiederholt ausgerichtet und die jeweilige
Neigung der Tischplatte am Messgerät abgelesen und in eine Tabelle eingetragen.
Ausgehend von diesen Messwerten können die Abweichungsarten in Form von
Abweichung des Tisches um eine Längsachse (X-Achse) und ein Querachse (Y-
Achse) bewertet werden.
4.4.3.2 Definition einer durchschnittlichen Belastung
Zur Bestimmung einer definierten Belastung des Tisches wird eine Messung
vorgenommen, bei der mehrere Personen unterschiedlichen Gewichtes bei fester
Tischposition auf dem Tisch gelagert werden.
Für den Punkt P gilt:
P(X=10, Y=0, Z=5, α=0°, γ=0°)
Für jede Person wird das Ausmaß der Verformung der Tischplatte um die Y-
Achse mit Hilfe einer Neigungsmessung bestimmt. Diese Neigungen werden in
Tabelle 2 eingetragen. Das durchschnittliche Verhältnis zwischen Gewicht und
Neigung wird berechnet und gemittelt.
Im nächsten Schritt werden auf den Bestrahlungstisch Gewichte so aufgelagert,
dass sich der oben gemessene Neigungswinkel einer 75kg wiegenden, auf dem
Tisch gelagerten Person ergibt. Die Positionen der Gewichte und deren Summe
35
werden notiert, so dass eine genau reproduzierbare, definierte Belastung des
Bestrahlungstisches ermöglicht wird.
4.4.3.3 Ausmaß der Tischverformungen um X- und Y-Achse
Zur Bestimmung des Ausmaßes der Abweichungen der Tischplatte von einer
idealen, durch Raumebenen festgelegten Position, wird das Neigungsmessgerät an
verschiedenen Positionen eines virtuellen Messrasters
A) in Längsrichtung
B) in Querrichtung
auf dem Bestrahlungstisch aufgestellt. Die Aufstellung des Messgerätes in
Längsrichtung erfolgt mittig, sowie am linken und rechten Rand der Tischplatte
von gantry nah nach gantry fern; die Aufstellung des Messgerätes in Querrichtung
erfolgt analog entlang der Querlinien des beschriebenen Messrasters.
Abbildung 7: Ansicht der Aufstellungspositionen des Messgerätes auf dem
Bestrahlungstisch (Messraster)
Nach jeweiliger Aufstellung des Messgerätes wird der Tisch mit und ohne
Belastung mit Hilfe des Messrasters vermessen, und der jeweilige am
36
Neigungsmessgerät angezeigte Winkel am Messgerät abgelesen. Die
Winkelmessungen pro Messpunkt erfolgen dabei fünfmal. Die gemessenen Werte
werden in eine Tabelle eingetragen.
Aus diesen Werten erfolgt die Berechnung der Standardabweichungen zwischen
den wiederholten Messungen pro Messpunkt, die Berechnung der maximalen
Unebenheit der gegenüberliegenden Tischseiten, sowie der durchschnittlichen
Tischneigung mit und ohne Belastung des Bestrahlungstisches.
4.4.3.4 Berechnung einer theoretischen Durchbiegung
Die Tischplatte kann als sog. Kragträger modelliert werden. Dabei kann aus den
vorgegebenen Plattenkonstruktionsgegebenheiten vereinfacht eine theoretische
Verbiegung bei gegebener Länge berechnet werden. Nach Angabe einer solchen
theoretischen Verbiegung kann diese mit den Werten einer tatsächlichen Messung
mit Hilfe des äußert präzisen Neigungsmessers verglichen werden und ein
Rückschluss auf die Ursprünge der Neigungsänderungen gezogen werden. Hierbei
wird nur das gantrynahe Drittel der Tischplatte berücksichtigt, da hier die größte
Biegung zu erwarten ist und sich die Bestrahlungsvolumina hier auflagern.
4.4.3.5 Bestimmung der mechanischen Bewegung zwischen Tischkomponenten
Zu den einzelnen Tischkomponenten, deren mechanische Stabilität gemessen
werden sollen, zählen folgende Komponenten:
- Tischtragesäule
- Tischdrehgelenk
- Tischplatte
Zur Bestimmung der mechanischen Stabilität werden Skalen aus Millimeterpapier
an den einzelnen Tischkomponenten angebracht. Im Anschluss daran wird der
Bestrahlungstisch auf die Position P(X=10, Y=0, Z=5, α=0°, γ=0°) ausgerichtet.
37
Abbildung 8: Skala an Tischkomponente „Tischplatte“ mit Lasergerät
Nun wird das Fadenkreuz des beschriebenen Lasersystems auf diese Skala
ausgerichtet. Der auf der Skala durch das Laserkreuz abgebildete Punkt wird
millimetergenau mit Hilfe eines Bleistiftkreuzes markiert (P1).
Anschließend wird der Tisch mit definierter Belastung versehen und die Position
des Laserkreuzes auf der Skala erneut markiert (P2).
Wird bei diesem Vorgang eine messbare Verschiebung von Punkt 1 zu Punkt 2
festgestellt, wird die Verschiebung mit Hilfe zweier Koordinaten in Tabelle 5
eingetragen.
Anschließend wird die prozentuale Abweichung zwischen einzelnen
Tischkomponenten bestimmt.
4.4.3.6 Auswirkungen der gemessenen Tischveränderungen auf die im CTV
abgegebene Dosis
Mittels eines Bestrahlungsplanungsprogrammes wird die durch ein Absinken der
Bestrahlungstischplatte entstehende Veränderung der applizierten Strahlendosis
berechnet. Hierzu wird das Programm Pinnacle³ von Philips Medical Systems
38
verwendet. Am Beispiel der Daten eines Patienten mit einem Gehirntumor wird
die zu applizierende Dosis vor und nach Senkung der Tischplatte berechnet.
4.4.4 Statistische Verfahren und Datenverwaltung
Die statistische Auswertung der Messdaten erfolgte mit dem Programm Microsoft
Excel. Diagramme wurden mit der Software „Origin“ von Microcal, sowie
Microsoft Excel berechnet. Diese Arbeit wurde mit Hilfe der Microsoft Office-
Anwendung „Word 2007“ erstellt. Mit Hilfe des Programmes „ANSYS“ konnte
eine Berechnung der theoretischen Verbiegung des für die Bestrahlung relevanten
Tischplattenanteils vorgenommen werden.
39
5 Ergebnisse
Die Bestimmung der durch den Bestrahlungstisch verursachten Ungenauigkeiten
erfordert eine Reihe von Arbeitsschritten.
Arbeitsprogramm
1. Bestimmung der Abweichungsarten des Behandlungstisches bei
unterschiedlichen Tischbewegungen
2. Bestimmung einer künstlichen Tischbelastung zur Simulation einer
Tischbelastung durch einen Menschen
3. Messung des Ausmaßes der Tischneigung um die Y-Achse
4. Berechnung der absoluten Höhenänderung der Tischplatte aus
Neigungsänderungen um Y-Achse
5. Messung des Ausmaßes der Tischneigung um die X-Achse
6. Berechnung der absoluten Höhenänderung der rechten Tischkante im
Bezug auf die linke Tischkante (Neigungsänderungen um die X-Achse)
7. Messung des Ausmaßes der Tischneigung um die Y-Achse bei Belastung
8. Berechnung der absoluten Höhenänderung der für die Bestrahlung
relevanten Tischplatte aus Neigungsänderungen um die Y-Achse bei
Belastung
9. Theoretische Berechnung der Tischplattendurchbiegung im für die
Bestrahlung relevanten Bereich und Vergleich mit den Messergebnissen
10. Vergleich der Tischplattenneigungen im für die Bestrahlung relevanten
Bereich ohne und mit Belastung, sowie Vergleich der Ergebnisse mit der
theoretischen Berechnung
11. Bestimmung der Neigungsänderungen bei Rotation im oberen und unteren
Rotationsgelenk
12. Bestimmung der Bewegung zwischen einzelnen Tischkomponenten mit
Laserapparatur
13. Bestimmung der Bewegung zwischen einzelnen Tischkomponenten mit
Neigungsmesser
14. Auswirkung der gemessenen Höhenänderung der Tischplatte anhand eines
Patientenbeispiels über den Planungsrechner
15. Zusammenfassung der Ergebnisse
40
5.1 Identifizierung der Tischabweichungen
5.1.1 Verformung des Bestrahlungstisches um die Y-Achse
Abbildung 9: Schematische Tischdarstellung mit Verformung um die Y-Achse
Messbedingungen:
P (X=10, Z=5, α=0°, γ=0°),
MGA: längs, gantry nahes Tischende, Ablesung von links, keine Belastung
Tabelle 1: Messung zur Bestimmung der Achsabweichungen des
Bestrahlungstisches um eine Querachse
Längsverschiebung Längsverschiebung
Querverschiebung Kranial Standardabw. Kaudal Standardabw.
links 0°41' SD +/- 0°00'33'' 0°26' SD +/- 0°00'33''
Mitte 0°40' SD +/- 0°00'33'' 0°26' SD +/- 0°00'27''
rechts 0°41' SD +/- 0°00'27'' 0°26' SD +/- 0°00'33''
Der Behandlungstisch wurde bei dieser Messung in Richtung seiner Längsachse
an 2 Positionen (Gantry nah/kranial und Gantry fern/kaudal) verschoben, sowie
eine Querverschiebung vorgenommen. Dabei zeigte sich eine Veränderung der
Tischneigung von 0°40’ bis 0°26’ in mittiger Querausrichtung, bei Links- und
Rechtsverschieben der Tischplatte änderte sich die Tischneigung nicht signifikant.
41
5.1.2 Achsabweichungen des Bestrahlungstisches um X-Achse
Abbildung 10: Neigung um die X-Achse
Messbedingungen:
P (Z=5, α=0°, γ=0°),
MGA: Quer in der Mitte, gantry nahes Tischende, Ablesung von gantry nah, keine
Belastung
Tabelle 2: Messung zur Bestimmung von Achsabweichungen des
Bestrahlungstisches um eine X-Achse
Querver-
schiebung Standardabw.
Querver-
schiebung Standardabw.
Querver-
schiebung Standardabw.
Längsverschiebung links Mitte rechts
Kranial 0°00' SD +/- 0°00'27'' -0°04' SD +/- 0°00'33'' -0°08' SD +/- 0°00'33''
Kaudal 0°08' SD +/- 0°00'27'' 0°04' SD +/- 0°00'00'' 0°00' SD +/- 0°00'33''
Der Behandlungstisch wurde bei dieser Messung in Richtung seiner Querachse an
3 Positionen (links, Mitte, rechts) verschoben. Die Messung wurde in gantry naher
(kranial) und gantry ferner (kaudal) Längsposition durchgeführt. Dabei zeigt sich
eine Veränderung der Tischneigung von 0°0’ bis -0°8‘ in gantry naher
Tischposition und eine Veränderung der Tischneigung in kaudaler Längsposition
von 0°08‘ bis 0°00’ entsprechend dem Kippen des Tisches um eine Längsachse.
Der Gesamtwert der Neigungsänderung war unabhängig von der Längsposition
42
des Tisches (gantry nah vs. gantry fern), nur der absolute Bereich der
Neigungsänderung verschob sich um 8 Winkelminuten.
43
5.2 Definition einer durchschnittlichen Belastung
Zur Definition einer praxistauglichen Gewichtsbelastung der Tischplatte und
deren Simulation durch Bleigewichte werden Messungen der Neigungsänderung
der Tischplatte am kranialen Tischplattenende durchgeführt. Bei der Messung
werden jeweils Personen mit 60kg, 75kg und 100kg Körpergewicht eine auf dem
Tisch in bestrahlungstypischer Position gelagert. Die dabei gemessenen
Neigungsänderungen werden notiert.
Im Anschluss werden Bleigewichte so auf die Tischplatte aufgelagert, dass die
vorher erzielten Neigungswerte erzielt werden. So ist eine gleichmäßige
Durchbiegung der Platte ähnlich einer Belastung durch eine Person gewährleistet.
Abbildung 11: Schemazeichnung Bestrahlungstisch mit Belastung und
Verformung um Y-Achse in gantry naher Position
Messbedingungen:
P (X=10, Y=0, Z=5, α=0°, γ=0°),
MGA: längs, gantry nahes Tischende, rechte Tischkante, Ablesung von links
Tabelle 3: Neigungsänderungen des Tisches bei Belastung durch Personen mit 60
bis 100kg Körpergewicht und Messgerät an rechter Tischkante
Person Gewicht
Neigung
ohne Gew. Standardabw.
Neigung
mit Gew. Standardabw.
1 60 0°24' SD +/- 0°00'33'' 0°08' SD +/- 0°00'33''
2 75 0°24' SD +/- 0°00'50'' 0°00' SD +/- 0°00'33''
3 100 0°24' SD +/- 0°00'50'' -0°06' SD +/- 0°00'68''
44
Messbedingungen:
P (X=10, Y=0, Z=5, α=0°, γ=0°),
MGA: längs, gantry nahes Tischende, linke Tischkante, Ablesung von links
Tabelle 4: Neigungsänderung des Tisches bei Belastung durch Personen mit 60-
100kg Körpergewicht und Messgerät an linker Tischkante
Person Gewicht
Neigung
ohne Gew. Standardabw.
Neigung
mit Gew. Standardabw.
1 60 0°18' SD +/- 0°00'50'' 0°04' SD +/- 0°00'33''
2 75 0°18' SD +/- 0°00'50'' -0°05' SD +/- 0°00'78''
3 100 0°18' SD +/- 0°00'33'' -0°12' SD +/- 0°00'50''
Aus der oben stehenden Tabelle lässt sich ersehen, dass sich die Neigung des
Tisches bei einer Belastung von 100 kg um ca. 30 Winkelminuten senkt, diese
Senkung ist reproduzierbar und bei gleichen Werten in der Seitverschiebung des
Tisches nachweisbar. Da der Maximalfehler bei einer hohen Gewichtsbelastung
besteht, wird für folgende Messungen eine durch Bleigewichte hervorgerufene
Belastung simuliert. Bei Platzierung von 32,6 kg Blei am kranialen
Tischplattenende kann eine mit der Belastung durch eine Person mit 75kg
vergleichbare Neigung des kranialen Tischplattenendes hervorgerufen werden.
5.3 Ausmaß der Tischabweichungen/Unebenheitsmessung ohne Belastung
5.3.1 Messgerät in Längsrichtung
Abbildung 12: Aufsicht der Bestrahlungstischplatte mit Längsmessraster,
durchnummeriert sind Messpositionen in rechts-Mitte und links-Aufstellung
45
aufsteigend von gantry nah nach gantry fern. Schraffiert ist die Position der
Tischtragesäule.
Messbedingungen:
P (X=10, Y=0, Z=5, α=0°, γ=0°)
MGA: auf Längsmessraster, Ablesung von links
Tabelle 5: Neigungsmessung in Längsrichtung, keine Belastung, Mittelwerte aus
5 Messreihen
linke
Tischkante Standardabw. Mitte Standardabw.
rechte
Tischkante Standardabw.
1 kranial 0°18' SD +/- 0°00'50'' 0°26' SD +/- 0°00'27'' 0°24' SD +/- 0°00'50''
2 0°16' SD +/- 0°00'33'' 0°24' SD +/- 0°00'33'' 0°24' SD +/- 0°00'50''
3 0°18' SD +/- 0°00'50'' 0°21' SD +/- 0°00'60'' 0°18' SD +/- 0°00'27''
4 0°10' SD +/- 0°00'33'' 0°20' SD +/- 0°00'33'' 0°12' SD +/- 0°00'33''
5 0°08' SD +/- 0°00'27'' 0°11' SD +/- 0°00'60'' 0°07' SD +/- 0°00'54''
6 0°03' SD +/- 0°00'33'' 0°03' SD +/- 0°00'33'' 0°07' SD +/- 0°00'50''
7 0°0' SD +/- 0°00'50'' -0°01' SD +/- 0°00'50'' 0°02' SD +/- 0°00'27''
8 -0°02' SD +/- 0°00'50'' -0°03' SD +/- 0°00'33'' -0°02' SD +/- 0°00'33''
9 -0°09' SD +/- 0°00'33'' -0°10' SD +/- 0°00'27'' -0°07' SD +/- 0°00'27''
10 -0°11' SD +/- 0°00'50'' -0°16' SD +/- 0°00'42'' -0°12' SD +/- 0°00'42''
11 -0°02' SD +/- 0°00'60'' -0°09' SD +/- 0°00'60'' -0°02' SD +/- 0°00'50''
12 -0°12' SD +/- 0°00'33'' -0°13' SD +/- 0°00'42'' -0°17' SD +/- 0°00'27''
13 -0°11' SD +/- 0°00'50'' -0°12' SD +/- 0°00'33'' -0°20' SD +/- 0°00'42''
14 -0°07' SD +/- 0°00'50'' -0°13' SD +/- 0°00'54'' -0°13' SD +/- 0°00'50''
15 -0°06' SD +/- 0°00'54'' -0°14' SD +/- 0°00'27'' -0°06' SD +/- 0°00'50''
16 -0°07' SD +/- 0°00'54'' -0°10' SD +/- 0°00'42'' -0°06' SD +/- 0°00'42''
17 -0°04' SD +/- 0°00'50'' -0°07' SD +/- 0°00'50'' -0°05' SD +/- 0°00'50''
18 -0°02' SD +/- 0°00'60'' -0°04' SD +/- 0°00'33'' -0°06' SD +/- 0°00'33''
19 -0°09' SD +/- 0°00'33'' -0°01' SD +/- 0°00'33'' -0°05' SD +/- 0°00'54''
20 -0°04' SD +/- 0°00'50'' -0°03' SD +/- 0°00'42'' -0°05' SD +/- 0°00'50''
21 -0°01' SD +/- 0°00'33'' -0°07' SD +/- 0°00'50'' -0°03' SD +/- 0°00'27''
22 0°05' SD +/- 0°00'33'' -0°08' SD +/- 0°00'54'' -0°04' SD +/- 0°00'50''
23 -0°04' SD +/- 0°00'50'' -0°06' SD +/- 0°00'54'' -0°06' SD +/- 0°00'50''
24 -0°01' SD +/- 0°00'54'' -0°06' SD +/- 0°00'50'' -0°01' SD +/- 0°00'33''
25 0°0' SD +/- 0°00'50'' -0°01' SD +/- 0°00'50'' -0°01' SD +/- 0°00'33''
26 0°05' SD +/- 0°00'50'' 0°01' SD +/- 0°00'60'' -0°01' SD +/- 0°00'33''
27 kaudal -0°05' SD +/- 0°00'54'' 0°0' SD +/- 0°00'42'' -0°06' SD +/- 0°00'33''
In den oben angegebenen Werten erkennt man eine zum kranialen gantry-nahen
Tischende sich von einer virtuellen, absolut horizontalen Ebene emporhebenden
Tischplatte. In abnehmender Entfernung zur Befestigung der Tischplatte an der
Tischtragesäule verringert sich diese positive Neigung. Bedingt durch den
Auflagepunkt der Bestrahlungstischplatte auf Metallträgern zeigt sich dieser
Effekt in einem für die Bestrahlung bedeutsamen Bereich, der in unseren
46
Messungen die Datenreihen eins (kranial gantry-nah) bis elf (kaudal gantry-fern)
beinhaltet.
Ein relevanter Unterschied zwischen Aufstellung des Messgerätes an linker,
mittlerer oder rechter Längsmessreihe ist nicht erkennbar.
Abbildung 13: Aufsicht der Bestrahlungstischplatte mit Längsmessraster,
durchnummeriert sind Messpositionen in rechts-Mitte und links-Aufstellung
aufsteigend von gantry nah nach gantry fern
Nur ein geringer Teil der Tischplatte trägt die für eine Bestrahlung bedeutsamen
Körperregionen eines Patienten. Dieser Anteil wird durch eine besonders
konstruierte Platte mit verstärkter Fasereinlagerung repräsentiert. Diese soll
möglichst stabil sein und eine nur geringe Verformung bei Belastung zeigen.
47
5.3.1.1 Absolute Höhenänderung des für die Bestrahlung relevanten
Tischplattenanteils im gantry-nahen Bereich der Gesamtplatte längs ohne
Belastung
Tabelle 6: Absolute Höhenänderungen längs, ohne Belastung sequentiell addiert
linke Tischkante Mitte
rechte Tischkante
gantry-nah 1 1,51mm 2,18mm 2,10mm
2 1,00mm 1,43mm 1,39mm
3 0,53mm 0,73mm 0,69mm
4 0,03mm 0,10mm 0,17mm
5 -0,26mm -0,45mm -0,17mm
6 -0,54mm -0,76mm -0,38mm
7 -0,63mm -0,86mm -0,56mm
8 -0,62mm -0,83mm -0,62mm
9 -0,57mm -0,75mm -0,57mm
10 -0,31mm -0,48mm -0,34mm
gantry-fern 11 0 0 0
Abbildung 14: Grafische Darstellung der absoluten Höhenänderung in
Längsmessung ohne Belastung
Aus den vorangegangenen Messungen der Winkel lassen sich absolute
Höhenänderungen berechnen. Aus der obenstehenden Tabelle lässt sich ersehen,
dass die gantry nahe Tischplattenkante (Messposition 1) im Bereich der
Tischmitte einen maximalen Höhenzuwachs ausgehend vom definierten 0-Punkt
-1,00mm -0,50mm 0,00mm
0,50mm
1,00mm
1,50mm
2,00mm
2,50mm linke Tischkante
Mitte
rechte Tischkante
48
(Messposition 11) im Bereich der Auflagestelle der Carbonplatte von 2,18 mm
aufweist.
49
5.3.2 Messgerät in Querrichtung
Abbildung 15: Aufsicht der Bestrahlungsplatte mit Quermessraster, nummeriert
sind Messpositionen in rechts-, Mitte- und links-Aufstellung aufsteigend von
gantry-nah nach gantry-fern
Messbedingungen:
P (X=10, Y=0, Z=5, α=0°, γ=0°)
MGA: auf Quermessraster, Ablesung von gantry-nah
Tabelle 7: Neigungsmessung in Querrichtung, keine Belastung, Mittelwerte aus 5
Messreihen
Querlinien links Standardabw. Mitte Standardabw. Rechts Standardabw.
1 -0°03' SD +/- 0°00'33'' -0°05' SD +/- 0°00'54'' -0°11' SD +/- 0°00'50''
2 -0°03' SD +/- 0°00'33'' -0°05' SD +/- 0°00'27'' -0°10' SD +/- 0°00'33''
3 -0°10' SD +/- 0°00'42'' -0°05' SD +/- 0°00'60'' -0°13' SD +/- 0°00'27''
4 -0°13' SD +/- 0°00'33'' -0°04' SD +/- 0°00'33'' -0°10' SD +/- 0°00'50''
5 -0°13' SD +/- 0°00'33'' -0°06' SD +/- 0°00'42'' -0°02' SD +/- 0°00'50''
6 -0°18' SD +/- 0°00'33'' -0°09' SD +/- 0°00'33'' 0°04' SD +/- 0°00'50''
7 -0°24' SD +/- 0°00'50'' -0°06' SD +/- 0°00'27'' 0°00' SD +/- 0°00'50''
8 -0°26' SD +/- 0°00'27'' -0°06' SD +/- 0°00'50'' -0°02' SD +/- 0°00'50''
9 -0°24' SD +/- 0°00'42'' -0°07' SD +/- 0°00'60'' -0°02' SD +/- 0°00'33''
10 -0°22' SD +/- 0°00'33'' -0°08' SD +/- 0°00'33'' -0°01' SD +/- 0°00'27''
11 -0°18' SD +/- 0°00'27'' -0°08' SD +/- 0°00'33'' -0°03' SD +/- 0°00'33''
12 -0°15' SD +/- 0°00'50'' -0°09' SD +/- 0°00'50'' -0°05' SD +/- 0°00'42''
13 -0°10' SD +/- 0°00'42'' -0°10' SD +/- 0°00'33'' -0°08' SD +/- 0°00'27''
14 -0°09' SD +/- 0°00'27'' -0°07' SD +/- 0°00'60'' -0°05' SD +/- 0°00'27''
15 -0°07' SD +/- 0°00'50'' -0°03' SD +/- 0°00'33'' -0°03' SD +/- 0°00'42''
16 -0°07' SD +/- 0°00'50'' -0°04' SD +/- 0°00'50'' -0°05' SD +/- 0°00'33''
17 -0°14' SD +/- 0°00'50'' -0°02' SD +/- 0°00'60'' 0°00' SD +/- 0°00'50''
18 -0°17' SD +/- 0°00'42'' -0°02' SD +/- 0°00'33'' 0°04' SD +/- 0°00'60''
19 -0°19' SD +/- 0°00'54'' -0°02' SD +/- 0°00'54'' -0°04' SD +/- 0°00'42''
20 -0°17' SD +/- 0°00'50'' -0°04' SD +/- 0°00'33'' -0°04' SD +/- 0°00'27''
21 -0°08' SD +/- 0°00'42'' -0°04' SD +/- 0°00'33'' -0°02' SD +/- 0°00'42''
22 -0°08' SD +/- 0°00'54'' -0°04' SD +/- 0°00'42'' -0°05' SD +/- 0°00'42''
23 -0°12' SD +/- 0°00'33'' -0°02' SD +/- 0°00'50'' 0°06' SD +/- 0°00'50''
24 -0°14' SD +/- 0°00'42'' 0°0' SD +/- 0°00'27'' 0°07' SD +/- 0°00'27''
25 -0°13' SD +/- 0°00'33'' 0°01' SD +/- 0°00'60'' 0°10' SD +/- 0°00'33''
26 -0°16' SD +/- 0°00'50'' 0°0' SD +/- 0°00'50'' 0°11' SD +/- 0°00'27''
27 -0°10' SD +/- 0°00'50'' 0°03' SD +/- 0°00'33'' 0°10' SD +/- 0°00'50''
50
In der oben gezeigten Tabelle zeigt sich eine stabil geneigte Tischplatte im
Bereich der mittleren Messpositionen, im Bereich der linken und rechten
Messpositionen sind unregelmäßige Veränderungen der Tischpositionen zu
ersehen.
51
5.3.2.1 Absolute Höhenänderung in Querrichtung
Tabelle 8: Absolute Höhenänderungen aus Quermessung auf einzelne Tischdrittel
und Gesamtbreite des Tisches (Änderungen von linker auf rechte Tischkante
bezogen)
linkes Drittel Mitte rechtes Drittel gesamt
gantrynah 1 -0,12mm -0,19mm -0,43mm -0,74mm
2 -0,13mm -0,19mm -0,39mm -0,71mm
3 -0,40mm -0,20mm -0,50mm -1,11mm
4 -0,47mm -0,15mm -0,39mm -1,01mm
5 -0,51mm -0,23mm -0,08mm -0,82mm
6 -0,69mm -0,32mm 0,16mm -0,85mm
7 -0,94mm -0,23mm 0,00mm -1,17mm
8 -0,98mm -0,24mm -0,08mm -1,30mm
9 -0,92mm -0,27mm -0,08mm -1,26mm
10 -0,86mm -0,27mm -0,04mm -1,17mm
11 -0,74mm -0,30mm -0,12mm -1,16mm
12 -0,58mm -0,34mm -0,19mm -1,12mm
13 -0,36mm -0,35mm -0,31mm -1,02mm
14 -0,35mm -0,28mm -0,19mm -0,82mm
15 -0,27mm -0,15mm -0,12mm -0,54mm
16 -0,26mm -0,16mm -0,19mm -0,61mm
17 -0,54mm -0,09mm 0,00mm -0,63mm
18 -0,66mm -0,08mm 0,16mm -0,57mm
19 -0,74mm -0,10mm -0,17mm -1,02mm
20 -0,64mm -0,16mm -0,16mm -0,96mm
21 -0,33mm -0,15mm -0,07mm -0,54mm
22 -0,32mm -0,16mm -0,19mm -0,66mm
23 -0,45mm -0,06mm 0,23mm -0,28mm
24 -0,54mm -0,02mm 0,29mm -0,26mm
25 -0,57mm 0,02mm 0,40mm -0,16mm
26 -0,60mm 0,01mm 0,42mm -0,17mm
gantryfern 27 -0,40mm 0,11mm 0,38mm 0,09mm
52
Abbildung 16: Grafische Darstellung der absoluten Höhenänderung in
Quermessung ohne Belastung
Die Höhen der Tischplatte -aus der Quermessung bestimmt- verändern sich von
der linken Tischkante ausgehend bis zur rechten Tischkante um maximal 1,3 mm.
Diese Höhenänderung tritt vor allem im Bereich der Mitte der Carbonplatte auf.
1 gantry-nah
6
11
16
21 26
-1,50mm
-1,00mm
-0,50mm
0,00mm
0,50mm
0-P
un
kt
linke
s D
ritt
el
Mit
te
rech
tes
Dri
ttel
1 gantry-nah 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
17 18
19 20
21 22
23 24
25 26
27 gantry-fern
53
5.4 Ausmaß der Tischabweichungen/Unebenheitsmessung mit Belastung
5.4.1 Messgerät in Längsrichtung
Messbedingungen:
P (X=10, Y=0, Z=5, α=0°, γ=0°)
MGA: auf Längsmessraster, Ablesung von links
Tabelle 9: Neigungsmessung in Längsrichtung, mit Belastung, Mittelwerte aus 5
Messreihen
linke Tischkante Standardabw. Mitte Standardabw.
rechte Tischkante Standardabw.
gn 1 -0°10' SD +/- 0°00'60'' -0°03' SD +/- 0°00'50'' -0°02' SD +/- 0°00'54''
2 -0°12' SD +/- 0°00'33'' 0°0' SD +/- 0°00'50'' -0°02' SD +/- 0°00'54''
3 -0°09' SD +/- 0°00'33'' 0°0' SD +/- 0°00'42'' -0°09' SD +/- 0°00'33''
4 -0°15' SD +/- 0°00'54'' -0°07' SD +/- 0°00'33'' -0°14' SD +/- 0°00'50''
5 -0°18' SD +/- 0°00'27'' -0°15' SD +/- 0°00'50'' -0°18' SD +/- 0°00'42''
6 -0°23' SD +/- 0°00'27'' -0°22' SD +/- 0°00'33'' -0°18' SD +/- 0°00'33''
7 -0°25' SD +/- 0°00'33'' -0°25' SD +/- 0°00'50'' -0°21' SD +/- 0°00'33''
8 -0°26' SD +/- 0°00'60'' -0°24' SD +/- 0°00'27'' -0°25' SD +/- 0°00'33''
9 -0°30' SD +/- 0°00'42'' -0°30' SD +/- 0°00'42'' -0°30' SD +/- 0°00'50''
10 -0°31' SD +/- 0°00'27'' -0°35' SD +/- 0°00'33'' -0°32' SD +/- 0°00'50''
11 -0°18' SD +/- 0°00'50'' -0°27' SD +/- 0°00'33'' -0°22' SD +/- 0°00'50''
12 -0°26' SD +/- 0°00'50'' -0°28' SD +/- 0°00'33'' -0°32' SD +/- 0°00'42''
13 -0°26' SD +/- 0°00'33'' -0°27' SD +/- 0°00'27'' -0°36' SD +/- 0°00'33''
14 -0°18' SD +/- 0°00'50'' -0°27' SD +/- 0°00'54'' -0°26' SD +/- 0°00'42''
15 -0°17' SD +/- 0°00'33'' -0°25' SD +/- 0°00'50'' -0°20' SD +/- 0°00'33''
16 -0°18' SD +/- 0°00'50'' -0°20' SD +/- 0°00'33'' -0°18' SD +/- 0°00'33''
17 -0°14' SD +/- 0°00'54'' -0°18' SD +/- 0°00'50'' -0°17' SD +/- 0°00'33''
18 -0°12' SD +/- 0°00'42'' -0°13' SD +/- 0°00'27'' -0°16' SD +/- 0°00'54''
19 -0°18' SD +/- 0°00'27'' -0°10' SD +/- 0°00'33'' -0°13' SD +/- 0°00'27''
20 -0°13' SD +/- 0°00'50'' -0°11' SD +/- 0°00'50'' -0°12' SD +/- 0°00'33''
21 -0°09' SD +/- 0°00'42'' -0°14' SD +/- 0°00'33'' -0°11' SD +/- 0°00'27''
22 -0°02' SD +/- 0°00'33'' -0°15' SD +/- 0°00'33'' -0°11' SD +/- 0°00'50''
23 -0°11' SD +/- 0°00'33'' -0°14' SD +/- 0°00'60'' -0°15' SD +/- 0°00'27''
24 -0°09' SD +/- 0°00'50'' -0°13' SD +/- 0°00'50'' -0°10' SD +/- 0°00'27''
25 -0°07' SD +/- 0°00'60'' -0°08' SD +/- 0°00'50'' -0°09' SD +/- 0°00'60''
26 -0°03' SD +/- 0°00'33'' -0°07' SD +/- 0°00'54'' -0°08' SD +/- 0°00'42''
gf 27 -0°13' SD +/- 0°00'50'' -0°08' SD +/- 0°00'27'' -0°13' SD +/- 0°00'50''
Aus der Tabelle lässt sich ersehen, dass sich die Tischplatte im Vergleich zur
Messung ohne Belastung deutlich in Richtung einer optimalen horizontalen Ebene
und sogar unter diese Ebene im Bereich des kranialen Tischplattenendes senkt.
54
Die Ausprägung in den einzelnen Längsmessungsaufstellungen ist diskret
unterschiedlich, die Tendenzen sind allerdings vergleichbar.
5.4.1.1 Absolute Höhenänderung des für die Bestrahlung relevanten
Tischplattenanteils unter Belastung (gn)
Tabelle 10: Absolute Höhenänderungen längs, mit Belastung sequentiell addiert
linke Tischkante Mitte rechte Tischkante
g.-nah 1 -5,65mm -4,74mm -5,06mm
2 -5,34mm -4,66mm -4,99mm
3 -5,03mm -4,66mm -4,92mm
4 -4,78mm -4,65mm -4,66mm
5 -4,34mm -4,45mm -4,25mm
6 -3,90mm -4,00mm -3,73mm
7 -3,22mm -3,36mm -3,20mm
8 -2,53mm -2,64mm -2,55mm
9 -1,78mm -1,92mm -1,82mm
10 -0,91mm -1,04mm -0,94mm
g.-fern 11 0 0 0
Abbildung 17: Grafische Darstellung der absoluten Höhenänderung in
Längsmessung mit Belastung
Aus der obenstehenden Tabelle lässt sich ersehen, dass die gantry nahe
Tischplattenkante im Bereich der linken Tischkante einen maximalen
Höhenverlust ausgehend vom definierten Nullpunkt im Bereich der Auflagestelle
der Carbonplatte von 5,67 mm aufweist.
-6,00mm
-5,00mm
-4,00mm
-3,00mm
-2,00mm
-1,00mm
0,00mm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
linke Tischkante
Mitte
rechte Tischkante
55
5.5 Theoretische Berechnung der Tischplattendurchbiegung des für die
Bestrahlung relevanten Bereichs
Die Tischplatte kann als sog. Kragträger modelliert werden. Dabei kann aus den
vorgegebenen Plattenkonstruktionsgegebenheiten vereinfacht eine theoretische
Verbiegung bei gegebener Länge berechnet werden. Nach Angabe einer solchen
theoretischen Verbiegung kann diese mit den Werten einer tatsächlichen Messung
mit Hilfe des äußert präzisen Neigungsmessers verglichen werden.
5.5.1 Berechnung der Verformung der Tischplatte
Für den Kragarm von l=1000mm Länge, einem aus Tischplattendicke und Breite
errechneten Flächenträgheitsmoment (Decker, 2002) I=39,21x107mm
4 und einer
patiententypischen Last von F=32 kg x 9,81m/s2= 319N am kranialen
Tischplattenende wird die Senkung oder Hebung f am Kragarmende berechnet.
Das Elastizitätsmodul beträgt für die zu berechnende Platte (faserverstärkte
Kunststoffplatte) E=11000 N/mm2
(Fischer et al., 2005).
Aufhängung
F Kragarm
f
l
Abbildung 18: Schemazeichnung eines Kragarmes mit Belastung. F ist die Kraft
mit der der Kragarm belastet wird. Dabei senkt er sich bei einer Länge von l um
die Höhenänderung f.
Die analytische Lösung für die Höhenänderung f am Kragarmende lautet:
f = (F*l3)/(3*E*I) = (326N*(1000mm)
3)/(3*11000N/mm
2*392163333,3mm
4)
f = 4,69mm
56
Rein rechnerisch bedeutet die Belastung des Tisches in oben angegebener
Belastung eine Absenkung des gantry-nahen Tischplattenendes von 4,69 mm.
Mit Hilfe eines kommerziellen Programmes zur Berechnung von Durchbiegungen
diverser Bauteile konnte eine Verformung der Tischplatte unter
Gewichtsbelastung bei einseitiger Einspannung berechnet werden. Das Ergebnis
dieser Berechnung zeigt eine theoretische Durchbiegung von 4,69 mm.
Es tritt ein Modellierungsfehler auf, d.h. das Modell des Kragarmes bildet die
Lagerung des Armes nicht detailgetreu nach, zum anderen führen bautechnische
Modifizierungen in Form von Bohrungen zur Fixationsbefestigung zu Fehlern.
Abbildung 19: Verformung des für die Bestrahlung bedeutsamen Plattenanteils
berechnet durch das Programm "ANSYS" unter Belastung
Die Daten aus 5.3.3.1 und 5.4.3.1 demonstrieren Messergebnisse aus
Vermessungen der Platte mittels Neigungsmesser. Ausgehend von einem
definierten Nullpunkt am Auflagepunkt der kunststoffverstärkten Faserplatte
wurde aus den Neigungswinkeln der Platte aus den obenstehenden Messungen ein
Diagramm erstellt, das Veränderungen der absoluten Plattenhöhe in Bezug auf
den definierten Nullpunkt beschreibt.
57
Das Diagramm der Messwerte ohne Belastung zeigt eine zum kranialen Ende
nach oben verformte Tischplatte. Dies deutet auf eine hohe Eigenspannung des
verwendeten Plattenmaterials hin und korreliert mit einer bautechnischen
Verwendung einer Plattenverstärkung durch ein in der Platte eingelegtes
Fasernetz.
Weiterhin erkennt man, dass die Tischplatte auf den ausgemessenen Geraden bei
Belastung deutlich bis in den negativen Bereich abfällt. Dieser Abfall wurde bei
einer Belastung der Tischplatte durch eine patiententypische Gewichtsbelastung
hervorgerufen.
Aus dem Vergleich der analytischen Messung aus Kapitel 5.5.1 mit den real per
Neigungsmesser auf der Platte gemessenen Werten zeigt sich eine größere
Höhenänderung auf Seiten der gemessenen Werte.
Dies verdeutlicht zum einen, dass es außer der durch Biegung der Platte
hervorgerufenen Neigungsänderungen noch einen bedeutenden Einfluss der
mechanischen Tischkomponenten auf die Neigung gibt. Diese sind in Form von
Spiel im Bereich der einzelnen Lagerkomponenten, die den Tisch mit dem
Fußboden verbinden, sowie Schwächungen der Platte in Form von Bohrungen
und Fräsungen festzustellen.
58
5.6 Auswirkungen der gemessenen Tischveränderungen auf die im CTV
applizierte Strahlendosis
Über die Simulationssoftware Pinnacle³ von Philips Medical Systems wird eine
Simulation von Lageveränderungen durchgeführt.
Messbedingungen:
Ein Patient mit einem Hirntumor wird mittels aufgebrachter Markierungen anhand
des Raumlasers auf dem Rücken liegend ausgerichtet. Dabei wird der Z-
Achsenabschnitt = 0 definiert. Die Bestrahlung wird mittels Photonen in 5
Bestrahlungsfeldern und einer Gesamtdosis von 3591 cGy im PTV geplant.
Abbildung 20: Festlegung des POI
59
In einer zweiten Simulation wird nun eine Tischplattenabsenkung von 2mm
entsprechend der Veränderung der Z-Position um -2mm oder einer Bewegung des
Isozentrums um 2mm nach ventral simuliert.
Abbildung 21: Festlegung des POI 2mm ventral des vorangegangenen POI
60
Abbildung 22: Dosis-Volumen-Histogramm für Cochlea (Kurven links) und PTV
(Kurven rechts)
Eine Analyse der Dosis-Volumen Beziehung zeigt deutliche Unterschiede in den
beiden Simulationen. Die Dosis im PTV zeigt sich nur gerinfügig um 2,6 cGy
verändert. Die Dosen, die in zu schonenden Organen appliziert werden,
unterscheiden sich deutlicher. So kann die mittlere Dosis bei abgesunkenem Tisch
im Bereich der linken Cochlea um bis zu 36 cGy höher sein, was einer vermehrten
Dosis von ca. 4,5% der Bestrahlungsdosis der Cochlea entspricht.
61
Abbildung 23: Dosis-Volumen-Histogramm für N. opticus li. (Kurven rechts) und
re. (Kurven links)
Dosismaxima können in zu schonenden Organen deutlich verändert sein. So steigt
die maximal im linken Nervus opticus auftretende Dosis um bis zu 46 cGy, was
einer prozentualen Veränderung von ca. 17% entspricht.
Hier wird deutlich, dass ein Absinken der Tischplatte wie in o.g. Simulation
errechnet deutliche Auswirkungen auf die applizierte Dosis hat, insbesondere in
Bezug auf die ungewollte Bestrahlung zu schonender Organe.
62
5.7 Bestimmung der Neigungsänderungen bei Rotation im oberen und unteren
Rotationsgelenk
Messbedingungen:
P (X=10, Y=0, Z=5, γ=0°)
MGA: längs, gantry nahes Tischende, Mitte, Ablesung von links
Tabelle 11: Tischneigung längs am kranialen Tischplattenende unter Belastung
bei Rotation im oberen Rotationsgelenk um Winkel α
Rotation
linke
Tischkante Standardabw. Mitte Standardabw.
rechte
Tischkante Standardabw.
Mitte 0° -0°10' SD +/- 0°00'42'' -0°03' SD +/- 0°00'50'' -0°02' SD +/- 0°00'50''
rechts 60° -0°11' SD +/- 0°00'66'' -0°02' SD +/- 0°00'54'' -0°03' SD +/- 0°00'54''
links 200° -0°09' SD +/- 0°00'50'' -0°03' SD +/- 0°00'54'' -0°01' SD +/- 0°00'33''
Aus obenstehender Tabelle lässt sich ersehen, dass sich die Neigungswinkel bei
Längsmessung im Bereich der kranialen Tischplatte nicht signifikant verändern.
Die Rotation des oberen Rotationsgelenks hat keine signifikanten Auswirkungen
auf eine Veränderung der Tischplattenneigung.
Messbedingungen:
P (X=10, Y=0, Z=5, α =0°)
MGA: längs, gantry nahes Tischende, Mitte, Ablesung von links
Tabelle 12: Tischneigung längs am kranialen Tischplattenende unter Belastung
bei Rotation im unteren Rotationsgelenk um Winkel γ
Rotation
linke
Tischkante Standardabw. Mitte Standardabw.
rechte
Tischkante Standardabw.
Mitte 0° -0°10' SD +/- 0°00'50'' -0°03' SD +/- 0°00'27'' -0°02' SD +/- 0°00'33''
rechts 60° -0°11' SD +/- 0°00'42'' -0°04' SD +/- 0°00'42'' -0°03' SD +/- 0°00'50''
links 200° -0°10' SD +/- 0°00'50'' -0°02' SD +/- 0°00'50'' -0°03' SD +/- 0°00'54''
Aus obenstehender Tabelle lässt sich ersehen, dass sich die Neigungswinkel bei
Längsmessung im Bereich der kranialen Tischplatte nicht signifikant verändern.
Die Rotation des unteren Rotationsgelenks hat keine signifikanten Auswirkungen
auf eine Veränderung der Tischplattenneigung.
63
5.8 Bestimmung der Bewegung zwischen Tischkomponenten mittels
Lasermessung
Erläuterung zur Anbringung der einzelnen Skalen:
Skala 1:
seitlich am kranialen Plattenende befestigt, Laserkreuz dabei 1,5 cm zum
kaudalen Plattenende und mit gleichen Abständen zur oberen und unteren
Tischplattenkante auf der Skala ausgerichtet
Skala 2:
seitlich am kranialen Ende der Metallstabilisierung der Tischplatte befestigt,
Laserkreuz dabei 1,5 cm zum kaudalen Plattenende und mit gleichen Abständen
zur oberen und unteren Metallstabilisierungskante ausgerichtet
Skala 3:
seitlich an der Metallstabilisierung der Tischplatte auf Höhe der Rotationsachse 1
befestigt, Laserkreuz zentral auf die Skala ausgerichtet
Skala 4:
seitlich an der Tischtragesäule 1cm unterhalb einer charakteristischen Stufe der
Säule befestigt, Laserkreuz zentral auf die Skala ausgerichtet
Tabelle 13: Bewegung zwischen Tischkomponenten bei Lasermessung
Aus dem Messergebnis lässt sich ablesen, dass die größte Senkung des Tisches
bei Belastung im Bereich der Tischplatte auftritt. Eine Belastung zeigte ein
Absinken des kranialen Behandlungstischplattenendes in Höhe von 5mm. Die an
Höhenänderung Platten-
translation
Skala 1 5,00mm 0,00mm
Skala 2 2,00mm 0,00mm
Skala 3 0,00mm 0,00mm
Skala 4 0,00mm 0,00mm
64
dem weiter gantry fern gelegenen Messpunkt durchgeführte Messung ergab eine
Senkung von nur 2mm. Dieses Ergebnis deutet auf eine größere Stabilität der
näher an der Tischtragesäule gelegenen Plattenanteile hin. Die Messungen direkt
über der Tischtragesäule am Behandlungstisch, sowie direkt an der
Tischtragesäule ergab keine mit diesem angewandten System messbare
Abweichung.
Diese Tischkomponenten und die bis zur festen Verankerung mit dem Erdboden
folgenden Tischkomponenten sind dieser Messung zufolge keiner in dieser
Versuchsanordnung messbaren Abweichung bei Belastung unterworfen. Diese
Werte sollen in einer im nächsten Kapitel folgenden Messung verfeinert werden.
65
5.8.1 Bestimmung der Bewegung zwischen Tischkomponenten mittels
Neigungsmesser
Aus vorangehenden Messungen kann eine Neigungsveränderung der Platte bis in
den kaudalen Plattenbereich hinein gemessen werden. Die größten Abweichungen
finden sich im kranialen Bereich der Tischplatte. Diese gehen aufhängungsnah
deutlich zurück, lassen sich aber durch die hochpräzise Messtechnik weiterhin
nachweisen.
Dies deutet auf zusätzlich zur Durchbiegung der Platte auftretende mechanische
Instabilitäten der Tischplattenbefestigung hin. Mittels des wesentlich präziseren
Neigungsmessers weiter messbar sind Verformungen im Bereich
- des Drehtellers direkt unterhalb des Tisches
- der Tischtragesäule unterhalb des Drehtellers.
Tabelle 14: Neigungsabweichungen an unterschiedlichen Messpositionen des
Bestrahlungstisches und seiner Befestigung
unbelastet
Standard-
abweichung belastet
Standard-
abweichung
Abweichung
bei
Belastung
Verteilung
Maximal-
abweichung
kranial 0°26' SD +/- 0°00'50'' -0°03' SD +/- 0°00'50'' 0°29' 72,4%
kaudal 0°00' SD +/- 0°00'60'' -0°07' SD +/- 0°00'33'' 0°08' 27,6%
Stahldrehteller oben -0°12' SD +/- 0°00'50'' -0°06' SD +/- 0°00'50'' 0°06' 20,7%
Stahlträger -0°07' SD +/- 0°00'27'' -0°04' SD +/- 0°00'50'' 0°03' 10,3%
Abbildung 24: Anteile der Tischverformung an der Gesamtverformung
kranial; 72,4%
kaudal; 6,9%
Stahldrehteller oben; 10,3%
Stahlträger; 10,3%
66
Die Ergebnisse bestätigen die aus der Lasermessung hervorgegangenen
Ergebnisse. Die größten Neigungsveränderungen bei Belastung der Tischplatte
finden sich in kranialen gantry-nahen Abschnitten der Tischplatte, der kaudale
gantry-ferne Plattenanteil hat nur einen geringen Anteil von 7% an der
Gesamtverformung. Der Stahlträger und der obere Drehteller zeigen nur
Veränderungen von je 10% an der Gesamtverformung.
67
5.9 Zusammenfassung der Ergebnisse
Die Tischplatte des Bestrahlungstisches senkt sich am Kopfteil gantrynah.
Die Messung verdeutlicht, dass der Bestrahlungstisch durch
Positionierungsänderung um eine Querachse kippt, bzw. dass sich der
Bestrahlungstisch unter Belastung und Senkung des Kopfteils elastisch
verbiegt.
Ohne Belastung ist das gantrynahe Tischplattenende im Bezug auf die
XY-Ebene emporgehoben. Diese Neigung in positive Z-Richtung deutet
auf eine werkstofftypische Eigenspannung der Platte hin.
Bei Belastungen des Bestrahlungstisches mit patiententypischer
Gewichtsbelastung und praktikablen Tischpositionen können
Abweichungen der Tischplatte von einer optimalen horizontalen Lage in
Form von Krümmung/Absinken um die X-Achse gefunden werden. Diese
Abweichungen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Ausprägung.
Eine messbare Veränderung der Neigung unter patiententypischer
Belastung bei Rotationsbewegungen wurde nicht festgestellt.
Die größten Tischabweichungen finden sich bei Belastung des Tisches und
Verschiebung in Richtung seiner Längsachse. Dabei senkt sich das gantry-
nahe Tischplattenende bei Belastung mit dem Gewicht einer 100 kg
schweren Person um bis zu 5,6 mm abhängig von der Tischposition.
Wird der Bestrahlungstisch in Richtung Gantry verschoben, erkennt man
eine Zunahme der Abweichung, da höhere Biegemomente auf die
Tischplatte wirken.
Eine Verschiebung des Tisches in der Querachse und Rotationsachse
haben einen nur unwesentlichen Einfluss auf das Absinken der Platte.
68
Bei kleineren Gewichtsbelastungen (<75kg) finden sich in Relation
entsprechend geringere Abweichungswerte.
Die größten Abweichungen der Tischplatte lassen sich bei Belastung der
Tischplatte (100kg) und einer möglichst gantry nah eingestellten
Tischplattenposition feststellen. Diese Abweichungen lassen sich mit sehr
hoher Reproduzierbarkeit wiederholt messen.
Im praktischen Bestrahlungsablauf bedeuten die beobachteten
Abweichungen keine Verringerung der Bestrahlungsgenauigkeit, da der
Patient anhand von auf ihm angebrachten Hautmarken positioniert wird.
Erst eine mit Hilfe absoluter Tischpositionen durchgeführte Verschiebung
des Patienten ohne erneuten Abgleich der Hautmarken des Patienten mit
optischen oder anderen Verifikationssystemen kann ohne
Berücksichtigung der anfallenden Tischabweichungen zu eklatanten
Verringerungen der Bestrahlungsgenauigkeiten, und damit zu
Unsicherheiten in der Applikation der vorgesehenen Bestrahlungsdosen
führen.
Bei non-koplanaren Bestrahlungen können relevante Abweichungen
entstehen.
Die täglichen Kontrollen der exakten Positionierbarkeit der Tischplatte
sollten folgende Schritte umfassen:
o Überprüfung der Neigung des Tisches um die Y-Achse gantrynah
bei Verschiebung der Tischplatte in Richtung der Gantry
o Überprüfung der Neigung des Tisches um die X-Achse an einer
festgelegten Position in Tischplattenmitte
69
6 Diskussion
6.1 Kritische Bewertung der eigenen Methodik
Die im Versuch experimentell erhobenen Daten basieren auf Messmethoden mit
hochpräzisen Messgeräten. Die dabei erhobenen Werte unterliegen einer gewissen
systematisch bedingten Schwankung, deren Gesamtfehler in den Ergebnissen
berücksichtigt wurde. Eine weitere Erhöhung von Messgenauigkeiten ist nur
durch Verwendung extrem aufwendiger und teurer Messmethoden möglich.
Präzisionsmängel des Messvorganges der Unebenheitsmessungen wurden v.a.
unter Verwendung der Schließfehlerkorrektur Rechnung getragen. Der dabei
auftretende Fehler ist laut Aussage der Herstellerfirma des hochpräzisen
Messgerätes für die hier angewendeten Messungen zu vernachlässigen.
Die Präzision der Messungen war unter Einhalten der für den Sachverhalt nötigen
Standards gewährleistet und eine weitere Erhöhung der Genauigkeit brachte für
eine praktikable Fehlerbestimmung eines Bestrahlungstisches keine weiteren
Erkenntnisse und Gewinne.
6.2 Diskussion der eigenen Messergebnisse
Zahlreiche Studien belegen die Wichtigkeit und die Bedeutung einer Präzisen
Strahlenapplikation in ein definiertes Planungszielvolumen (Flentje und Richter,
1998, Perez-Romasanta et al., 2009, Scherer und Sack, 1996, van Haaren et al.,
2009, Verhey et al., 1982, Zullo et al., 2007)
Die Genauigkeit der Dosisapplikation hängt dabei von zufälligen und
systematischen Fehlern, insbesondere für diese Arbeit bedeutsamen Fehlern durch
mechanische Instabilitäten ab (Flentje und Richter, 1998, Scherer und Sack, 1996,
van Haaren et al., 2009, Verhey et al., 1982).
Unter Berücksichtigung der Bedeutung der präzisen, kontrollierten Applikation
einer Bestrahlungsdosis sind die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse
Beitrag zur Evaluation der Auftretenden systematischen Fehler im Ablauf einer
Bestrahlung.
Die auftretenden Deformationen des Bestrahlungstisches bei Belastung durch
einen Patienten in Verbindung mit einer individuellen Positionierung des Tisches
70
ist durch die Methodik des aktuellen Bestrahlungsablaufs mit dem untersuchten
Linearbeschleuniger von geringer Bedeutung. Vergleichbare Studien zu diesem
Thema mit Schwerpunkt der Berücksichtigung des Bestrahlungstisches existieren
nur in geringer Zahl (Karger et al., 2001, Riis und Zimmermann, 2009, Vakaet et
al., 1998). Diese Studien kommen zu dem geschlossen Ergebnis, dass ein
messbarer Positionierungsfehler auch unter Berücksichtigung des
Bestrahlungstisches existiert, dieser jedoch nur eine sehr kleine Störgröße bei der
Genauigkeit der Bestrahlung darstellt.
Ursächlich für die gemessenen Tischdeformationen sind v.a.
konstruktionsbedingte Instabilitäten des Bestrahlungstisches und seines
Unterbaus. Die hochfeste Verankerung des Tisches direkt im Fußboden lässt
keine messbaren Bewegungen zu. Die mechanischen Gelenke des Tisches, die
eine Bewegung in den verschiedenen Raumachsen zulassen, sind jedoch einer
gewissen Instabilität unterworfen. Die messbare Instabilität der Tischplatte an sich
stellt neben den Bewegungsgelenken eine weitere Fehlerquelle dar. Diese wird
durch die Eigenelastizität in Verbindung mit den an der Platte wirkenden Kräften
definiert. Die trotz hoher Fertigungsgenauigkeit und spezieller Maßnahmen zur
Erhöhung der Steifigkeit auftretenden Unebenheiten wurden in dieser Arbeit
explizit durch hochpräzise Unebenheitsmessungen bestimmt.
Alle addierten Fehler und Ungenauigkeiten, die in dieser Arbeit für einen
definierten Punkt auf der Tischplatte auf bis zu maximal 5,6mm Abweichung in
unterschiedlichen Raumachsen beziffert werden konnte, sind ohne weitere
Überprüfung der Patientenlagerung für eine genaue Bestrahlung nicht tragbar.
Heutzutage tolerable Bestrahlungsfehler liegen bei 0,5 - 1mm Zielgenauigkeit der
Applikation von Strahlendosen in ein Zielvolumen (Bolsi et al., 2008).
Im praktikablen Bestrahlungsablauf werden diese Instabilitäten durch eine
Lagerung und Ausrichtung des Patienten mit Hilfe von optischen Systemen
weitgehend ausgeglichen. In Zukunft geplante Bestrahlungsabläufe, mit
Verschiebung des Bestrahlungstischs nach absoluten Tischpositionen werden die
Notwendigkeit der Evaluation der „Fehlerquelle Bestrahlungstisch“ in den
Vordergrund rücken. Weiterhin werden zunehmend Studien durchgeführt, die eine
Optimierung der Positionierungsgenauigkeit der Tischplatte sicherstellen sollen.
Systeme, die mit Hilfe von Infrarotmarkern an mechanischen Teilen die
Genauigkeit verbessern sollen (Lyatskaya et al., 2008), die Tischpositionen mit
71
dem CT ausmessen (Bolsi et al., 2008) und andere Systeme werden überprüft und
spielen in Zukunft evtl. eine bedeutende Rolle. Eine Online-Registrierung der
Organposition über Einführen von Markern in die zu bestrahlenden Organe oder
benachbarte Strukturen werden in Zukunft eine genaue Abstimmung des
Linearbeschleunigers auf das zu bestrahlende Objekt ermöglichen, Versuche
hierzu wurden unter anderem von Mutanga et al. vorgenommen (Mutanga et al.,
2008). Wu und Chen untersuchten 2010 die Möglichkeit, Atemexkursionen
während der Strahlentherapie -und mit ihr Organbewegungen- über Verschiebung
des Bestrahlungstisches zu kompensieren. Sie konnten hier eine deutliche
Senkung der Verschiebung des Tumorvolumens im Bezug auf die applizierte
Strahlung nachweisen (Wu und Chen, 2010). Selbst unter aktuellsten technischen
Bedingungen zeigen sich weiterhin relevante Fehler im Laufe einer Bestrahlung
durch Veränderung der Lage des zu bestrahlenden Zielvolumens. Trotz online-
Verifikation des GTV zeigen sich Fehler im Bezug auf das CTV durch Regression
des Tumors und Organverschiebungen, die nicht allein durch
computertomografiekontrollierte Bildgebung kompensiert werden kann (Hugo et
al., 2011)
Probleme, die eine Bestrahlung beeinflussen, sind bei nachträglicher
Verschiebung des Tisches um absolute Werte ohne anschließende Überprüfung
der Patientenlagerung mit Hilfe optischer Systeme zu erwarten. Dann ist eine
Abweichung des Tisches mit hoher Sicherheit erkennbar. Der bei gantry-naher
Tischplattenverschiebung auftretende größte messbare Fehler stellt dabei auch den
größten Ungenauigkeitsfaktor dar, sowie Instabilitäten in Gelenken und
Gleitlagern sind hierbei bedeutsam. Fehler aus einer Querbiegung des Tisches
spielen eine untergeordnete Rolle.
72
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Danksagung
Für die Anleitung zur Erfassung aller zur Durchführung meiner Promotion
erforderlichen Daten und materiellen Voraussetzungen danke ich dem Direktor
der Klinik für Strahlentherapie und Onkologie des Universitätsklinikums
Marienhospital Herne, Herrn Prof. Dr. med. I.A. Adamietz.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Dr. med. Oliver Schneider, der mich bei der
Konzeption und Durchführung der Arbeit sowie der Erstellung der
Dissertationsschrift betreute und in allen fachlichen Fragen stets zur Seite stand.
Bedanken möchte ich mich darüber hinaus auch bei allen weiteren Mitarbeitern
der Strahlenklinik des Marienhospitals Herne für die unkomplizierte Hilfe bei
fachlichen und organisatorischen Problemen, sowie Herrn Raphael Adamietz für
die Beratung und Hilfestellung in ingenieurtechnischen Fragestellungen.
Ohne die ausdauernde und vielseitige Unterstützung meiner Frau Kirsten, meiner
Eltern Anneliese und Heinz Kersting sowie meiner Schwester Dr. Gisela Kersting,
von Elisabeth und Rainer Ditté sowie von Thomas Krawczyk und seiner Frau
Zuzanna wäre die Umsetzung meiner Promotion kaum möglich gewesen.
Besonders bei ihnen möchte ich mich von ganzem Herzen bedanken.
Lebenslauf:
Name: Hubert Kersting
Geburtsdatum: 15.Mai 1979
Geburtsort: Hamm
Schul- und Berufsausbildung:
1982 bis 1985 Joseph-Kindergarten Neubeckum
1985 bis 1986 Joseph-Grundschule Neubeckum
1986 bis 1989 Roncalli-Grundschule Neubeckum
1989 bis 1998 Albertus-Magnus-Gymnasium Beckum: Abschluss Abitur
1998 bis 1999 Ausbildung zum Rettungssanitäter im Rahmen des
Zivildienstes beim Deutschen Roten Kreuz Münster,
Dienststelle Neubeckum
1999 bis 2006 Studium der Humanmedizin an der Ruhr-Universität-
Bochum
Seit Juni 2006 Assistenzarzt in der Weiterbildung zum Facharzt der
Inneren Medizin und Gastroenterologie, voraussichtliche
Facharztprüfung 2012
Seit Januar 2008 Dissertation im Bereich der Strahlentherapie
