Positionierungsgenauigkeit und intrafraktionelle ... · war die Einführung der stereotaktischen Radiotherapie durch den schwedischen . 6 Neurochirurgen Lars Leksell im Jahre 1952

I

Aus der Strahlenklinik

der

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Direktor: Prof. Dr. med. Rainer Fietkau

Positionierungsgenauigkeit und intrafraktionelle Patientenbewegung in der stereotaktischen Radiotherapie

Inaugural-Dissertation

zur Erlangung der Doktorwürde

der Medizinischen Fakultät

der

Friedrich-Alexander-Universität

Erlangen-Nürnberg

vorgelegt von

Stephan Dölz

aus

Gera

II

Gedruckt mit Erlaubnis der Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h.c. Jürgen Schüttler

Referent: PD. Dr. med. Antje Fahrig

Korreferent: Prof. Dr. med. Rainer Fietkau

Tag der mündlichen Prüfung: 19.01.2011

III

Widmung

In dankbarer Erinnerung an Günther Schlüfter

IV

Inhaltsverzeichnis

1. Zusammenfassung 1

2. Abstract 3

3. Einleitung 5

4. Material und Methode 9

4.1 Das Novalissystem 9

4.2 Indikationsstellung zur Bestrahlung 10

4.3 Bestrahlungsplanung 10

4.4 Onkologische Volumina 10

4.5 Positionierung mit Hilfe des ExacTrac 11

4.6 Infrarotpositionierung 11

4.6.1 Hardware 4.6.2 Aufgabe und Durchführung

4.7 Positionierung mit stereotaktischer Bildgebung 15

4.7.1 Hardware 4.7.2 Aufgabe und Durchführung

4.8 Das Patientenkollektiv 17

4.9 Messung der intrafraktionellen Verschiebung 22

4.9.1 Untersuchungsablauf 4.9.2 Berechnung der intrafraktionellen Bewegung

4.10 Statistische Grundlagen 26

5. Auswertung und Ergebnisse 28

5.1 Entfernungen der Patienten vom Lagerungsoptimum bei 28

Bestrahlung von Isozentren des Kopfes

5.2 Entfernungen der Patienten vom Lagerungsoptimum bei 30

Bestrahlung von Isozentren des Körpers

5.3 Intrafraktionelle Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes 31

5.4 Intrafraktionelle Patientenbewegung von Isozentren des Körpers 32

5.5 Einhaltung bestimmter Planungsvolumina unter 33

Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes

5.6 Einhaltung bestimmter Rotationsachsen unter Patientenbewegung 35

von Isozentren des Kopfes

V 5.7 Einhaltung bestimmter Planungsvolumina unter 36

Patientenbewegung von Isozentren des Körpers

5.8 Einhaltung bestimmter Rotationsachsen unter 37

Patientenbewegung bei Isozentren des Körpers

5.9 Dauer der Strahlenbehandlungen 38

5.10 Korrelative Zusammenhänge der Kopfpatienten 39

5.10.1 Alter

5.10.2 BMI

5.10.3 Behandlungserfahrung

5.10.4 Behandlungsdauer

5.10.5 Anzahl der Bestrahlungsfelder

5.11 Korrelative Zusammenhänge der Körperpatienten 44

5.11.1 Alter

5.11.2 BMI

5.11.3 Behandlungserfahrung

5.11.4 Behandlungsdauer

5.11.5 Anzahl der Bestrahlungsfelder

6. Diskussion 49

6.1 Positionierungsgenauigkeit 50

6.2 Intrafraktionelle Bewegung 52

6.3 Sicherheitsvolumina 55

6.4 Einsatz in der rahmenlosen Radiochirurgie 56

6.5 Einfluss der Patientenfaktoren 57

7 Literaturangabe 59

8 Danksagung 63

9 Erklärung über Selbstständigkeit 64

10 Lebenslauf 65

1

1. Zusammenfassung

Hintergrund und Ziele

Die Präzision der Patientenpositionierung und die Stärke der intrafraktionellen

Patientenbewegung sollen an dem stereotaktischen Linearbeschleuniger Novalis

untersucht werden. Die bei der Behandlungsplanung notwendigen Sicherheitsgrenzen,

die in dem Bestrahlungsvolumen PTV festgelegt sind, sollen für die weitere

Behandlung neu definiert werden. Es soll entschieden werden, ob die Genauigkeit der

Bestrahlung an dem Gerät für den Einsatz einer rahmenlosen Radiochirurgie

ausreichend ist. Nach möglichen auffälligen Zusammenhängen zwischen

Patientenmerkmalen und Bestrahlungspräzision soll gesucht werden.

Methoden

Es wurden 30 am Novalis-Beschleuniger in Erlangen bestrahlte Patienten in insgesamt

218 Bestrahlungen auf Lagerungsgenauigkeit und intrafraktionelle Bewegung

untersucht. Darunter befanden sich 26 Patienten die am Kopf und 4 die am Körper

bestrahlt wurden. Die Patienten wurden mit Hilfe des ExacTrac mittels Infrarotmarker

und stereotaktischer Röntgenkontrolle positioniert und vor und nach der Behandlung

von mir mittels stereotaktischer Bildgebung auf ihre korrekte Lage hin kontrolliert.

Ergebnisse und Beobachtungen

Für die Positionierung vor der Bestrahlung zeigte sich bei den Kopfpatienten eine

Abweichung kleiner als 0,5 Millimeter (vertikal: ±0,27mm; longitudinal: ±0,33mm;

lateral: ±0,50mm) und eine Rotation unter 1 Grad (vertikal: ±0,73°; longitudinal: ±0,91°;

lateral: ±0,87°). Auch die nachweisbare intrafraktionelle Bewegung unter

Maskenfixierung ist kleiner als 0,5mm (vertikal: ±0,20mm; longitudinal: ±0,27mm;

lateral: ±0,49mm) und verursacht einen Rotationsfehler unter einem halben Grad

(vertikal: ±0,28°; longitudinal: ±0,34°; lateral: ±0,26°). Die um den Tumor

einzuhaltenden Sicherheitsvolumen sollten nach meinen Ergebnissen die folgenden

Radien respektieren: vertikal: ±1mm; longitudinal: ±1mm; lateral: ±2mm. Ungenauere

Werte zeigten sich für die am Körper behandelten Patienten, die sich nach der

Positionierung weiter entfernt von ihrem Lagerungsoptimum (vertikal: ±0,91mm;

longitudinal: ±0,69mm; lateral: ±0,46mm) und stärker fehlrotiert (vertikal: ±1,45°;

longitudinal: ±1,64°; lateral: ±1,54°) befanden. Mangels Fixierung zeigte sich hier auch

eine größere intrafraktionelle Bewegung (vertikal: ±2,13mm; longitudinal: ±1,55mm;

lateral: ±0,94mm) und Rotation (vertikal: ±1,11°; longitudinal: ±0,75°; lateral: ±0,66°).

2 Dementsprechend sind die zu beachtenden Sicherheitssäume um das Tumorvolumen

recht hoch (vertikal: ±5mm; longitudinal: ±3mm; lateral: ±2mm). Bei der Suche nach

möglicherweise auffällig werdenden Zusammenhängen zwischen Patientenmerkmalen

und der Stärke der intrafraktionellen Bewegung war zu erkennen, dass ein niedriges

Alter und ein hoher BMI in meinem Patientenkollektiv scheinbar Faktoren für eine

verstärkte Bestrahlungsungenauigkeit bei den Patienten waren.

Praktische Schlussfolgerung

Die bei der stereotaktischen Behandlung am Novalis notwendigen Sicherheitsgrenzen

sind sehr klein. Mit den genauen Werten in Positionierung und einer annähernd

vernachlässigbaren intrafraktionellen Patientenbewegung unter Maskenfixierung sind

die notwendigen Voraussetzungen für die Praxis einer rahmenlosen Radiochirurgie

geschaffen. Es wäre interessant und sinnvoll die aufgefallenen Zusammenhänge

zwischen Patientenmerkmal und Bestrahlungsgenauigkeit in speziellen, für die

Fragestellung konzipierten Untersuchungen zu analysieren.

3 2. Abstract

Background and purpose

The accuracy of the patients positioning and the intensity of intrafractional motion is

analyzed using the stereotactic linear accelerator Novalis in Erlangen. The safety

margins, which are included in the planning target volume (PTV), will be redefined for

the common clinical use of the device. One aim of our study is to determine, if the

accuracy of the Novalis is sufficient to conduct a frameless radiation surgery. Another

aim is to emphasize possible correlations between patient characteristics and the

precision of their radiation treatment.

Material and methods

30 patients were tested for their positioning accuracy and intrafractional motion during

218 radiation treatments. 26 of these patients have been treated on lesions of the head

and 4 patients on lesions in the field of their body. The patients have been positioned

by the help of ExacTrac by means of infrared markers and daily-made stereoscopic x-

ray images. With the use of stereotactic x-ray imaging before and after the treatment

the patients have been controlled for their correct position.

Results

After the positioning of the patients that were treated at the head, I detected a residual

deviation smaller than 0.5 millimeter (vertical: ±0,27mm; longitudinal: ±0,33mm; lateral:

±0,50mm) and a rotation error less than 1 degree (vertical: ±0,73°; longitudinal: ±0,91°;

lateral: ±0,87°). Furthermore the detectable intrafractional motion using immobilization

masks is smaller than 0,5mm (vertical: ±0,20mm; longitudinal: ±0,27mm; lateral:

±0,49mm) and causes a rotation error less than 0,5° (vertical: ±0,28°; longitudinal:

±0,34°; lateral: ±0,26°). The safety margins around the tumor should not exceed the

following radiuses: (vertical: ±1mm; longitudinal: ±1mm; lateral: ±2mm). The data of the

patients that have been treated in the field of their body are more imprecise. The test

results indicate a larger deviation of these patients in relation to their optimal treatment

position (vertical: ±0,91mm; longitudinal: ±0,69mm; lateral: ±0,46mm) and a bigger

rotation error (vertical: ±1,45°; longitudinal: ±1,64°; lateral: ±1,54°). Due to the absence

of adequate immobilization devices for these patients, I also detected a larger

intrafractional motion (vertical: ±2,13mm; longitudinal: ±1,55mm; lateral: ±0,94mm) and

rotation (vertical: ±1,11°; longitudinal: ±0,75°; lateral: ±0,66°). Considering these results

the safety margins around the tumor have to be adjusted: (vertical: ±5mm; longitudinal:

±3mm; lateral: ±2mm). Regarding possible correlations between patient characteristics

4 and the precision of their radiation treatment I noticed, that apparently a greater age

and a higher body mass index are factors of an increased inaccuracy of the treatment.

Conclusion

The safety margins, which are necessary for the planning of stereotactic radiation

treatments with the Novalis linear accelerator, are very small. Considering the ability of

a precise patient positioning and a nearly insignificant intrafractional motion the Novalis

is an adequate solution for a frameless radiation surgery. The noticed correlations

between patient characteristics and the accuracy of the radiotherapy could be an

interesting object of further investigation.

5 3. Einleitung

Seit Beginn der modernen Strahlentherapie ist es eines ihrer wichtigsten Ziele und

Aufgaben, die Nebenwirkungen der Behandlung so gering wie möglich zu halten und

die Therapie für den Patienten somit erträglicher zu gestalten. Die vorwiegende

Ursache für unerwünschte Strahleneffekte beim Patienten sind Strahlenschäden im

gesunden Gewebe, das an den Tumor angrenzt und nur aus bestrahlungstechnischen

Gründen direkt oder indirekt mit erfasst wird. Ionisierende Strahlung, mit der in der

Strahlentherapie gearbeitet wird, führt durch Beschädigung des Erbguts zum

Funktionsverlust der Zellen oder erhöht deren Neigung zur Entartung. Um diese Art der

Behandlungsnebenwirkung zu verringern, muss die Strahlendosis möglichst präzise an

den Tumor gebracht werden. Als Hilfe bei der technischen Bestrahlungsplanung sind

deshalb von der International Commission on Radiation Units and Measurement

verschiedene Tumorvolumina definiert worden [14]. Dazu gehören das nicht

veränderbare und die Tumormasse beschreibende GTV (Gross Tumor Volume), das

die nahen Absiedlungsgebiete des Tumors betrachtende CTV (Clinical Target Volume)

und das PTV (Planning Target Volume). Dieses Planungsvolumen betrachtet die

geometrischen Fehlerquellen der Strahlenbehandlung wie ungenaue Lagerung,

Reproduzierbarkeit und mögliche Bewegung des Patienten während seiner

Behandlung und ist somit abhängig von der verwendeten Behandlungstechnik. Ziel der

modernen Strahlentherapie ist es, dieses PTV auf ein kleinstmögliches Minimum zu

reduzieren, ohne dabei den Behandlungserfolg zu gefährden. Technische

Entwicklungen, die eine Erhöhung der Präzision der Strahlentherapie ermöglichen,

sind und waren deshalb einer der bedeutsamsten Forschungsschwerpunkte in der

Strahlentherapie der letzten Jahrzehnte. Zu der angestrebten Volumenreduzierung ist

eine Erhöhung der geometrischen Auflösung und Präzession der Strahlenbehandlung

notwendig. So sind in den letzten Jahren auch verschiedene Fortschritte in dieser

Fragestellung zu verzeichnen. Diese betreffen zum einen Teil die

Behandlungsplanung, bei der durch die Verwendung von neuen bildgebenden

Schnittbildtechniken wie der Computertomographie und der

Magnetresonanztomographie die diagnostische und räumliche Ortung und die

morphologische Einteilung des Bestrahlungszieles verbessert werden konnte. Aus

dieser präziseren Behandlungsplanung resultiert jedoch zum anderen Teil auch die

Anforderung an die Behandlung, diesen genauen Plan am Patienten umzusetzen.

Hierzu waren Fortschritte auf dem Gebiet der Patientenlagerung und der

Reproduzierbarkeit der Lagerung auf dem Bestrahlungstisch notwendig.

Ein enorm wichtiger Schritt in der Entwicklung einer verbesserten Planungsausführung

war die Einführung der stereotaktischen Radiotherapie durch den schwedischen

6 Neurochirurgen Lars Leksell im Jahre 1952 [20]. Dieser übertrug mit seinen Kollegen

das Prinzip der stereotaktischen Patientenlagerung, wie man es vorher nur aus der

Radiochirurgie kannte, auf die Strahlentherapie. Er positioniert dazu seine Patienten

nach definierten geometrischen Ortskoordinaten in einer dreidimensionalen

Raumplanung. Seine ersten Patienten behandelte er mit dieser neuen Technik 1951

mit einem Röntgensystem an dem Karolinka-Institut in Stockholm. Es war somit

erstmals möglich, intrakranielle Läsionen nichtinvasiv zu behandeln. Da sich jedoch die

Charakteristik der Röntgenstrahlung mit ihrem schnellen Dosisabfall im Gewebe als

ungünstig erwies, übertrug er seine Techniken in weiteren Entwicklungen auf Geräte,

die mit der weitaus effektiveren Gammastrahlung arbeiteten [24]. Auf diesem Wege

entstand 1987 das Gammaknife in Pittsburgh, das mit radioaktiven Cobalt-60-Quellen

arbeitete. In der weiteren Entwicklung versuchten verschiedene Neurochirurgen und

Physikmediziner dieses Prinzip der stereotaktischen Strahlenbehandlung auch auf

konventionelle Linearbeschleuniger zu übertragen, da diese in ihrer Bedienung

einfacher und auch in ihrem Betrieb billiger waren als andere verfügbare Geräte [2].

Auf diesem Weg entstanden viele verschiedene Geräte und Planungsprogramme, die

in ihrem Aufbau sehr unterschiedlich waren. Erst nach der Entwicklung einer

vereinheitlichenden Planungssoftware in den 90er Jahren, wie der in Haward

entwickelten X-Knife-Software [18], gingen die Hersteller zu einer Standardisierung des

Geräteaufbaus über, wie wir ihn heute kennen. Zu dieser Zusammensetzung gehören

ein beweglicher Patiententisch, eine frei um 360 Grad rotierbare Gantry und ein

leistungsfähiges Planungssystem. Die Entwicklung von in der Rotation frei beweglichen

Patiententischen [13] und die Arbeit an intensitäts-modulierter Radiotherapie [7]

folgten. Ein Vertreter dieser neueren Geräte ist mit dem stereotaktischen

Linearbeschleuniger Novalis von der Firma Brainlab Basis und Ziel der

Untersuchungen.

Es ist jedoch nicht nur die Fähigkeit zur stereotaktischen Radiotherapie, die das

Novalis zu einem besonderen Vertreter der Linearbeschleuniger macht, sondern auch

seine moderne Patientenlagerung auf Basis der IGRT. Dies ist die Abkürzung für die

Technik der Image-Guided-Radio-Therapy, welche als eine weitere wichtige

Entwicklung auf dem Weg zu einer präzisionsgesteigerten Strahlentherapie zu sehen

ist. Bei diesem Verfahren werden die Patienten mittels bildgebender Technik im

direkten Abgleich zu den in der Bestrahlungsplanung angefertigten Zielaufnahmen

gelagert [15]. Dies führt zu einer verbesserten Positionierungsgenauigkeit und

Reproduzierbarkeit der Patientenlagerung [9].

Um den Patienten nach einer genauen Lagerung auch in seiner korrekten Position

während der Bestrahlung zu halten, war auch eine Weiterentwicklung im Bereich der

7 Patientenfixierung an dem Patiententisch notwendig. In der Neurochirurgie wird zur

Fixierung des Patientenkopfes während der Bestrahlung ein Metallring verwendet, der

mittels knöcherner Fixierung über Metallstifte am Schädel des Patienten angebracht

wird [27]. Diese Technik verspricht eine absolute Fixierung des Ringes am Schädel

und somit des Patientenkopfes am Bestrahlungstisch. Bei der Behandlung

intrakranieller Läsionen hat die stereotaktische Radiotherapie dieses Verfahren

übernommen. Unter Radiochirurgie versteht man Techniken der Strahlentherapie, die

durch eine sehr genaue Applizierung besonders hohe Dosen von Strahlung in ein

Zielvolumen bringen [31]. Die Nachteile bei der Verwendung des stereotaktischen

Befestigungsringes sind jedoch schnell erkenntlich. So ist die Technik invasiv, was zu

einer körperlichen und seelischen Belastung des Patienten führt. Auch ist mit dieser

Form der Bestrahlung eine Fraktionierung der Behandlung, wie sie bei gewissen

Tumorarten nachweislich Behandlungsvorteile mit sich bringt [10], leider nicht möglich.

Dies wird bedingt durch den hohen Aufwand, die die Anbringung des Ringes mit sich

bringt, und die begrenzte Dauer, die der Patient den Ring tragen kann. Aus den

genannten Gründen verwendet man bei der täglichen Bestrahlungsroutine eine andere

Technik zur Patientenfixierung. Mit modernen Linearbeschleunigern wurde auch eine

fortschrittlichere Fixationsmethode entwickelt, die den Patienten mit einer dem Gesicht

aufliegenden Maske am Patiententisch fixiert. Diese wird jedem Patienten vor der

Behandlung mittels eines thermoplastischen Stoffes angepasst und individuell

hergestellt [4]. Da die Masken auf dem Patientengesicht nur aufliegen und nicht direkt

mit diesem verbunden sind, entsteht eine Problematik, die wir aus der konventionellen

Strahlentherapie kennen – die Bewegung des Patienten während seiner Behandlung,

welche man auch intrafraktionelle Patientenbewegung nennt. Diese Bewegung und die

somit denkbare Abweichung vom Lagerungsoptimum des Patienten soll ein zentraler

Punkt der Untersuchungen sein. Es soll geprüft werden, wie stark die mögliche

verbleibende Bewegung des Patientenkopfes trotz der Maskenfixierung ist. Ebenfalls

ist es von Bedeutung, zu untersuchen, von welchen Abweichungen bei der

Anfangspositionierung des Patienten vor dem Bestrahlungsbeginn auszugehen ist. Es

wurden auch einige Patienten am Körper bestrahlt, bei denen keine weitere Fixierung

nach der Positionierung die Lage sichert. Es ist interessant zu beobachten, wie stark

sich deren Abweichungen von deren am Kopf bestrahlten Patienten unterscheiden.

Wichtig sind diese gesamten Daten, um für den klinischen Alltag kleinstmögliche aber

ausreichend große Sicherheitsräume für geplante Bestrahlungsvolumina zu definieren,

wodurch alle Patienten einen dauerhaften Vorteil davon tragen, da Nebenwirkungen

reduziert werden. Mit dem gewonnenen Ergebnis soll für die weitere Arbeit an dem

8 Gerät eine Empfehlung für die zu verwendenden Sicherheitsvolumina gegeben

werden.

Ebenfalls ist es eine Zielstellung der Untersuchungen, mit den gewonnenen Daten zu

entscheiden, ob mit der gemessenen Stärke der intrafraktionellen Patientenbewegung

und der Positionierungsgenauigkeit am Novalis die Durchführung einer rahmenlosen

Radiochirurgie für den Patienten möglich und zu rechtfertigen ist. Da bei der

Radiochirurgie eine sehr hohe Dosis in einer einzigen Behandlungssitzung in das

Zielvolumen gebracht wird, verwendet man zu diesen besonderen Eingriffen den

beschriebenen stereotaktischen Ring, der den Patientenkopf fest mit dem

Behandlungstisch verbindet. Rahmenlose Radiochirurgie bedeutet einen vollständigen

Verzicht auf den Einsatz des stereotaktischen Rings und den vollständigen Ersatz von

diesem durch die Maskenfixierung. Dies ist nur denkbar, wenn die Maskenfixierung in

ihrer Positionierungsgenauigkeit und Unterdrückung von intrafraktioneller Bewegung

nachweislich ähnlich gute Ergebnisse liefert, wie sie die Ringfixierung in

vorhergehenden Untersuchungen schon bewiesen hat [25]. Diese Frage sollen die

Ergebnisse der Untersuchung klären, um zu ermöglichen, die stereotaktische

Radiotherapie auch an der Strahlenklinik Erlangen einführen zu können.

Mit der Erhebung der Daten ist es durchführbar, allen untersuchten Patienten mit ihren

aufgenommenen Merkmalen eine intrafraktionelle Bewegung und

Positionierungsgenauigkeit zuzuordnen. Es wird deshalb analysiert, ob in dem

untersuchten Kollektiv möglicherweise auffällige Zusammenhänge zwischen

Patientenmerkmalen und Bestrahlungsgenauigkeit zu entdecken sind. Zur

Formulierung von Zusammenhängen und ihrer Ausrichtung von gewissen

Patientenmerkmalen zu Bestrahlungsungenauigkeiten, ist das Studiendesign jedoch

nicht speziell genug. Ziel soll es sein, mit den zur Verfügung stehenden Daten, eine

Übersicht zu geben und möglicherweise genauere Untersuchungen anzustoßen.

9 4. Material und Methode 4.1 Das Novalissystem

Alle Untersuchungen wurden an dem Novalis-Linearbeschleuniger der Strahlenklinik

der Universitätsklinik Erlangen-Nürnberg durchgeführt.

Das Novalissystem ist ein Linearbeschleunigersystem zur nicht invasiven

stereotaktischen Radiochirurgie und Radiotherapie der Firma Brainlab. Es eignet sich

besonders zur präzisen Bestrahlung von Tumoren, die von empfindlichen und zu

schützendem Gewebe umgeben sind, wie Kopf - und Halstumoren. Seine Multileaf -

Kolliminatoren erlauben eine Feldeinstellung von 100mm x 100mm bis 3mm x 3mm

und ermöglichen so auch die Behandlung von kleineren Tumorvolumina. Die

Behandlungseinheit nutzt eine Photonenenergie von 6 Megavolt mit einer maximalen

Dosisrate von 160 -800 cGy pro Minute. Die Gantry ist um 360° frei drehbar und der

Behandlungstisch ist in einer Freiheit von 190° einstellbar. Die im System enthaltene

Software und Hardware ermöglichen verschiedene Bestrahlungstechniken, wie

Conformal Beam, Conformal Arc und IMRT. Das System ermöglicht eine

bildgesteuerte Lagerung mittels Röntgen und Infrarottechnik (ExacTrac – oder

Bodysystem). Die geometrischen Eigenschaften und die Dosisgenauigkeit des Gerätes

entsprechen sehr hohen Ansprüchen [8].

Abb. 1 Novalis Linearbeschleuniger [3]

10 4.2 Indikationsstellung zur Bestrahlung

Die stereotaktische Strahlentherapie wurde zur Bekämpfung benigner und maligner

Tumoren entwickelt [31]. Bis zu 3 cm große, in ihrer Form sphärische Zielvolumina

eignen sich besonders gut für diese Form der Bestrahlung. Häufig ist die Behandlung

von arteriovenösen Malformationen und zerebralen Hirnmetastasen, aber auch eine

Behandlung funktioneller Erkrankungen wie der Trigeminusneuralgie oder des Morbus

Parkinson möglich.

4.3 Bestrahlungsplanung

Die Bestrahlungsplanung findet bei dem Novalissystem mit Hilfe eines CT- oder MRT-

Gerätes statt. Zur Fixierung des Patienten und späteren räumlichen Orientierung muss

der Patient während dieser Untersuchung schon seine stereotaktische Kopfmaske

tragen. Deshalb wird diese schon vorher angefertigt. Die Bilder werden als Grundlage

für die folgende Bestrahlungsplanung genutzt. Als Berechnungsgrundlage werden

beim CT die Hounsfieldeinheiten und beim MRT die Weichteildichte der verschiedenen

Gewebe verwendet. Mit diesen kann die räumliche Verteilung der Bestrahlungsdosis

berechnet und vorausgesagt werden.

4.4 Onkologische Volumina

Der ICRU-Report 50 [14] definiert in der Bestrahlungsplanung wichtige und gängige

Tumorvolumen. Das Volumen der reinen Tumormasse wird dabei als GTV (Gross

Tumor Volume) bezeichnet. Das CTV (Clinical Target Volume) schließt das um den

Tumor liegende suspekte Gewebe mit ein, dass schon infiltriert oder subklinisch

metastasiert sein kann. Auch nicht befallene Lymphknoten gehören je nach Staging

und Grading dazu. Das darum liegende PTV (Planning Target Volume) berücksichtigt

geometrische Ungenauigkeiten, die durch Patienten und Organbewegungen sowie

durch ungenaue Einstellung des Patienten entstehen.

11 4.5 Positionierung mit Hilfe des ExacTrac

Die stereotaktische Radiotherapie ist durch sehr hohe Strahlungsdosen und relativ

kleine Tumorvolumina charakterisiert. Um diese zu ermöglichen und das den Tumor

umgebende Gewebe im ausreichenden Maße zu schützen, ist neben einer genauen

und intelligenten Bestrahlungsplanung auch eine präzise und zuverlässige

Positionierung des Patienten vor jeder Bestrahlungseinheit unbedingt erforderlich. Das

Novalis nutzt hierbei einen Vertreter des Ansatzes der bildgesteuerten Strahlentherapie

(IGRT), das ExacTrac [15]. Dieses ermöglicht eine genaue Positionsanalyse der

knöchernen Strukturen der Patienten zur Einstellung des Isozentrums vor jeder

Behandlungseinheit. Es arbeitet mit den Prinzipien der Infrarotlokalisation, des

stereoskopischen Röntgens und einer sechsdimensionalen Bilderfusion. Im Folgenden

werden die einzelnen Bestandteile und Funktionsweisen des Systems genauer

erläutert [3].

4.6 Infrarotpositionierung

4.6.1 Hardware

Kamera

In dem Behandlungsraum ist über den Füßen des Patienten eine Leiste an der Decke

angebracht. Auf dieser befinden sich 2 Infrarot- und eine Videokamera, die auf den

Patiententisch ausgerichtet sind.

Durch ihre diagonale Ausrichtung auf der Leiste können die beiden Infrarotkameras die

auf dem Patienten angebrachten reflektierenden Körpermarkierungen in ihrer

räumlichen Position wahrnehmen. Mit diesen Informationen kann das System die

Position der Marker automatisch mit den in der Bestrahlungsplanung vorgesehenen

Positionen vergleichen. So ist eine erste und vorläufige Patientenpositionierung

möglich.

Abb. 2 Infrarot und Videosystem mit Kameras [3]

12

Körpermarker

Den Infrarotkameras dienen kleine runde reflektierende Körpermarker als Orientierung.

Diese können entweder selbstklebend an definierten Körperstrukturen des Patienten

angebracht werden oder mittels eines Haltesockels an verteilten Punkten der

Fixationsmaske. Die Marker bestehen bei der Bestrahlungsplanung im CT aus dem

röntgendichten Aluminium, später bei der Bestrahlung dann aus Plastik.

Stereotaktische Kopfmaske

Zur Positionierung und Fixierung des Patienten wird als non-invasive Methode am

Novalis ein thermoplastisches Maskensystem verwendet. Dieses wird für jeden

Patienten individuell angefertigt, was beste Passgenauigkeit garantiert. Die Maske

besteht aus verschiedenen Elementen, die den Patientenkopf an Gesicht, Hinterkopf,

Nasenrücken und Zähnen fixieren. In einem 70-80°C warmen Wasserbad wird das

thermoplastische Material formbar gemacht, am Patienten angebracht und härtet dann

unter 30 Minuten Wartezeit zu einer festen Maske aus. Anschließend werden mehrere

Infrarotmarker angebracht, die für die Bestrahlungsplanung und Ausführung

unerlässlich sind.

Abb. 3 Körpermarker [3] Abb. 4 Haltesockel [3]

Abb. 5 Thermoplastische Kopfmaske [4]

13 Körperkreuz

Wird der Patient an einem Isozentrum außerhalb seines Kopf- und Halsbereiches

behandelt, dann kann das System leider nicht mit auf einer Maske angebrachten

Infrarotmarkern als Referenzpunkte arbeiten. In diesen Fällen kommt ein

Positionierungskreuz zum Einsatz. Dieses wird während der Positionierung und

Bestrahlung von der MTA an einer Seite des Patiententisches in dem Sichtfeld der

Infrarotkamera angebracht. So dient es dem System mit seinen 4 reflektierenden

Markern als Orientierung für seine Berechnungen und behindert bei korrekter

Anbringung nicht die Bewegungen des Patiententisches und der Gantry.

Patiententisch

Der Patiententisch ist für seine Aufgaben während der Positionierung und Bestrahlung

optimiert. Seine Oberfläche besteht aus Karbonfasermaterial, das eine homogene

Verteilung der Strahlendosen und eine gute Bilderqualität beim stereoskopischen

Röntgen ermöglicht. Er ist in allen drei Raumachsen um die Gantry einstellbar.

Steuerbar ist der Tisch manuell von der MTA und automatisch vom ExacTrac. Somit ist

er ein aktives und zentrales Element der korrekten Patientenpositionierung.

Abb. 7 Infrarotkreuz [3] Abb. 6 Befestigung am Tisch [3]

Abb. 9 Behandlungstisch [3]

14 4.6.2 Aufgabe und Durchführung

Die Prä-Positionierung ist der erste Teil einer Positionierungsprozedur, bei der das

System das zu behandelnde Isozentrum des Patienten mit Hilfe von Infrarotkameras

und Körpermarkern in seine geplante Bestrahlungsposition bringt. Während der

Bestrahlungsplanung wird ebenfalls die genaue Position der Infrarotmarker definiert.

Nach Auflage des Patienten und Fixierung mit der Kopfmaske analysiert das System

mit Hilfe der Infrarotkameras die momentane Position der reflektierenden Marker. Ist

diese bekannt, kann die nötige Tischbewegung zur korrekten Einstellung des

Isozentrums berechnet und ausgeführt werden. Befinden sich die Infrarotmarker

ausreichend genau in ihrer definierten Position, so kann eine genauere

Positionsanalyse durch das stereotaktische Röntgen folgen.

Wird der Patient ohne Kopfmaske frei auf dem Tisch gelagert, orientiert sich die MTA

an Körperzeichnungen, die bei der Bestrahlungsplanung und der Erstpositionierung an

den Patienten angebracht wurden. Das System stellt dann mit der Analyse des

Körperkreuzes eine Lagereferenz zum Patiententisch her, um später berechnete nötige

Tischbewegungen ausführen zu können.

Röntgenpositionierung

Abb. 10 Systemdialog bei der Positionierung [3]

15 4.7 Positionierung mit stereotaktischer Bildgebung

4.7.1 Hardware

Links und rechts vom Patienten sind 2 Röntgenröhren als Boxen in den Boden

montiert. Diese sind diagonal zueinander auf den Patienten gerichtet. Als Empfänger

der Strahlen dienen 2 an der Decke angebrachte flache Silikondetektoren (20,4cm x

20,4cm). Röhre und ein Detektor liegen 3,6m voneinander entfernt. Zusammen stellen

sie eine bildgebende Einheit, so dass bei dem Verfahren 2 Röntgenbilder entstehen.

Gesteuert werden die Röhren von einer Konsole außerhalb des Raumes.

4.7.2 Aufgabe und Durchführung

Vor jeder Bestrahlung wird eine Planungscomputertomographie angefertigt. Nach

Festlegung der verschiedenen Bestrahlungsvolumina und des Isozentrums werden aus

dem CT-Datensatz digital rekonstruierte Röntgenaufnahmen (DRR) erstellt. Dieses

sind virtuelle Röntgenbilder, die die Aufnahmen des stereoskopischen Röntgens bei

korrekter Patientenlagerung simulieren. Die DRRs werden mit den Patientendaten im

System gespeichert und bei jeder Bestrahlungseinheit geladen. Sie bilden somit die

Referenz für die aktuellen Positionierungsbilder.

Die Korrektur der Patientenlage erfolgt durch Vergleich der aktuellen aufgenommenen

Positionierungsbilder mit den geladenen DRR-Referenzbildern. Diese werden dazu

miteinander fusioniert. Das System orientiert sich dabei an den in den Bildern

erkennbaren knöchernen Strukturen. Eine Fusionssoftware berechnet eine mögliche

Abb. 11 Röntgensystem des ExacTrac [3]

16 notwendige Positionskorrektur für alle 3 Körper- und Rotationsachsen des Patienten.

Die Korrekturbewegung wird vorgeschlagen und kann für alle 3 Körperachsen manuell

von der MTA oder automatisch vom Bestrahlungstisch ausgeführt werden. Nach

erfolgter Positionskorrektur werden ein weiteres Mal stereoskopische Bilder zur

Ergebniskontrolle generiert. Erst bei ausreichender Deckung der Bilder mit den DRRs

kann eine Bestrahlung begonnen werden. Bei nicht zufriedenstellender Deckung wird

jedoch eine erneute Korrekturbewegung nach beschriebener Technik errechnet und

durchgeführt.

Abb. 12 Manuelle Bilderfusion [3]

Abb. 13 Lagekorrekturvorschlag des Systems [3]

17 4.8 Das Patientenkollektiv

Es wurden 30 Patienten während ihrer geplanten Bestrahlung im Novalissystem auf

Lagerungsungenauigkeit und intrafraktionelle Bewegung untersucht. Verschiedene

Merkmale der Patienten wurden dabei aufgenommen, dokumentiert und werden hier

aufgeführt.

Tumorarten:

Die bestrahlten Tumorentitäten waren in ihrer Art vielfältig und nicht auf eine bestimmte

Tumorgruppe ausgerichtet. In der folgenden Tabelle befindet sich eine Auflistung der

bestrahlten Tumoren mit ihrer Häufigkeit im Patientenkollektiv.

Akustikus – Neurinom 2

Astrozytom 1

zerbrale Metastase eines

bronchialen Karzinoms 5

Chondrosarkom 1

Hirnmetastase Rectum Ca 1

Hypophysenadenom 4

Kraniopharyngeom 1

Malignes Melanom 1

Meningeom 3

Nierenmetastase eines

bronchialen Karzinoms 1

Metastasen eines

malignes Melanoms 1

Morbus Cushing 1

Oligoastrozytom 2

ossäre Metastasen

Nierenzell-Ca 1

Parotis-Ca 1

pilozytisches Astrozytom 1

Prostata-Karzinom 2

Rezidivierendes

Glioblastom 1

Total 30

Tabelle 1 Häufigkeitsverteilung der Tumorentitäten

18 Alter der Patienten

Das Alter der untersuchten Patienten umfasst eine Spanne von 7 bis 75 Jahren. Das

Durchschnittsalter und das mediane Alter betragen 51 Jahre bei einer

Standardabweichung von 18 Jahren.

Anzahl der untersuchten Bestrahlungen

Die Anzahl der untersuchten Bestrahlungen pro Patient ist abhängig von der Anzahl

der geplanten und durchgeführten Bestrahlungen am Novalissystem im genannten

Untersuchungszeitraum. Die Spannweite geht dabei von 1- 17 Untersuchungen pro

Patient. Durchschnittlich wurden bei einer Standardabweichung von 4 Bestrahlungen 7

Bestrahlungen pro registrierten Patienten begleitet.

__

Mean =51,23Std. Dev. =17,898

N =30

3

2

1

0806040200

Alter

Freq

uenz

80

60

40

20

0

Alte

r

Mean =7,3333Std. Dev. =4,70021

N =30

20,0015,0010,005,000,00

4

3

2

1

0

Anzahl Messungen

Freq

uenz

20

15

10

5

0

Best

rahl

unge

n

Abb. 14 Boxblot Altersverteilung Abb. 15 Diagramm Altersverteilung

Abb. 16 Boxblot Anzahl Bestrahlungen Abb. 17 Diagramm Anzahl der Bestrahlungen

19 Body – Mass – Index

Bei der Untersuchung wurden das Gewicht und die Größe der Patienten dokumentiert

und der Body – Mass – Index (BMI) errechnet. Der Durchschnittswert liegt im Kollektiv

bei 26 und erstreckt sich von 18 als Minimalwert bis 35 Punkten als Maximalwert bei

einer Standardabweichung von 4,3 Punkten.

Anzahl der bestrahlten Isozentren

Im Patientenkollektiv befinden sich 5 Patienten, die mehrere zu bestrahlende

Tumorlokalisationen vorwiesen und deshalb während der Bestrahlung auf zwei

verschiedene Isozentren eingestellt werden mussten. Da aber bei der Umlagerung des

Patienten von dem einem auf das andere Zentrum die komplette Lagerungs- und

Positionierungsprozedur von der MTA und dem System durchgeführt werden muss,

wurden die Bestrahlungen der verschiedenen Zentren in der Arbeit als

Einzelbestrahlungseinheiten unabhängig voneinander auf ihre Lagerungsungenauigkeit

überprüft.

35

30

25

20

BM

I

Mean =26,3833Std. Dev. =4,34448

N =30

403530252015

4

3

2

1

0

BMIFr

eque

nz

Abb. 18 Boxblot Verteilung BMI Abb. 19 Diagramm Verteilung BMI

20 Lagerung

Von 30 Patienten wurde eine Mehrzahl von 26 Patienten mit Hilfe der Maskenlagerung

am Kopf bestrahlt. Davon erhielten 24 eine weiße Kopfmaske, ein Patient eine weiße

Kopf-Schultermaske und ein Patient eine blaue Kopf-Schultermaske. Eine Minderzahl

von 4 Patienten wurde ohne Fixierung mit Kniekissen und in Rückenlagen an einer

Lokalität im Thorax oder Becken bestrahlt.

Bestrahlungstechnik

Von den 30 Patienten wurden 19 mit der Technik des Conformal Beam bestrahlt, 10

Patienten in der Technik des Conformal Arc und ein Patient mit der IMRT-Technik

bestrahlt.

Frequenz Prozent

Conformal Beam 19 63,3

IMRT 1 3,3

ConfArc 10 33,3

N 30

Frequenz Prozent

Kopfmaske weiß 24 80,0

Kopf-Schulter blau 1 3,3

Kopf-Schulter weiß 1 3,3

Rückenlage, Kniekissen,

Fußkissen 4 13,3

N 30

Tabelle 2 Patientenlagerung

Tabelle 3 Bestrahlungstechnik

21

Fraktionierung

21 Patienten wurden konventionell und 9 Patienten hypofraktioniert behandelt.

Frequenz Prozent

Konventionell 21 70,0

Hypofraktioniert 9 30,0

N 30

Tabelle 4 Fraktionierung

22 4.9 Messung der intrafraktionellen Verschiebung

4.9.1 Untersuchungsablauf

Zur Messung und Berechnung der Bewegung eines Körpers braucht man mindestens

2 Positionsangaben, die dieser in seiner Bewegung durchlaufen hat. Das im Gerät

integrierte Kamerasystem würde eine dauerhafte Beobachtung der auf der

Patientenmaske angebrachten Infrarotmarker erlauben. Dies ist jedoch für die

Messungen ungeeignet, da die Bewegung der Patientenmaske nicht im vollen Maße

die Bewegung des Kopfes in der Maske widerspiegelt. Darum wird zur Lagekontrolle

der Patienten das stereotaktische Röntgensystem des Gerätes verwendet, was eine

genauere und störungsfreie Positionsangabe der Patientenstrukturen ermöglicht. Um

den Ablauf der Patientenbehandlung am Beschleuniger möglichst wenig zu stören und

einen ungehinderten Arbeitsablauf in der Klinik weiterhin zu ermöglichen, fiel die

Entscheidung für eine Positionsuntersuchung der Patientenkörper unmittelbar vor

Beginn und direkt nach der Bestrahlung. Aus diesen 2 Lageangaben lässt sich im

Folgenden die intrafraktionelle Verschiebung berechnen. Die in der Arbeit aufgeführten

Bewegungsangaben beschreiben demnach die Patientenbewegung vom Anfang zum

Ende der Bestrahlung.

Bei der bildgesteuerten Positionierung des Patienten errechnet das ExacTrac wie

beschrieben mittels der Anfertigung von stereoskopischen Röntgenbildern und einer

nachgeschalteten Bilderfusion mit geladenen digital rekonstruierten Röntgenbildern

(DRR) die Entfernung der knöchernen Strukturen des Patienten von der in der

Bestrahlungsplanung vorgesehenen Lagerung und berechnet eine für die optimale

Lagerung notwendige Korrekturbewegung. Versteht man die geplante

Bestrahlungsposition des Isozentrums als Ausgangspunkt eines Vektorraumes, dann

kann man die Entfernungsberechnung des ExacTrac vom Optimum in allen 3

Bewegungsachsen als die Angabe eines Ortsvektors in einem vektoriellen Raum

verstehen. Um den Endpunkt der intrafraktionellen Bewegung nach der Bestrahlung zu

erhalten, wird zum Bestrahlungsende eine weitere, sonst nicht übliche

Positionierungskontrolle des ExacTrac nachgeschaltet. Was man erhält, ist eine

zusätzliche Angabe über die Entfernung des Patienten von seinem Lagerungsoptimum

im vektoriellen Raum. Die Differenz dieser beiden so erhaltenen Ortsangaben gibt

genaue Auskunft über die intrafraktionelle Patientenbewegung.

23

Der Ablauf der Untersuchung am System gliederte sich in folgende Einzelschritte:

1. Lagerung und Fixierung des Patienten auf dem Behandlungstisch.

2. Positionierung mittel Infrarotkameras oder Patientenbemalung.

3. Anfertigung stereotaktischer Röntgenbilder.

4. Fusion der stereotaktischen Bilder mit virtuell rekonstruierten Bildern aus der

Planungscomputertomographie.

5. Berechnung nötiger Korrekturbewegung.

6. Ausführung der möglicherweise nötigen Tischbewegungen.

7. Wiederholung der Schritte 3, 4 und 5.

8. Wenn eine weitere Lagerungskorrektur nötig ist, dann Wiederholung des

Schrittes 6 mit anschließender Wiederholung des Schrittes 7.

9. Ausführung der Bestrahlung.

10. Erneutes Anfertigen stereotaktischer Röntgenbilder.

11. Erneute Fusion stereoskopischer Bilder mit den virtuell rekonstruierten Bildern

aus der Planungscomputertomographie.

12. Letzte Berechnung der nötigen Korrekturbewegung anhand der knöchernen

Strukturen.

24 4.9.2 Berechnung der intrafraktionellen Bewegung

Ausrichtung des Patienten im stereotaktischen System

Eine Ausrichtung im stereotaktischen System bedeutet, dass der Patient nach einem

geplanten Modell in einem dreidimensionalen Raum gelagert wird. Zur Planung und

Lagerung wird dabei ein virtueller Raum benutzt, in dem 3 Raumachsen und 3

Rotationsachsen definiert sind. Die Position des Patienten wird vom Planungssystem

als Position auf diesen Achsen angegeben. Verschiebungen und Rotationen werden

ebenfalls als Veränderungen in diesen Achsen dargestellt.

In den Berechnungen werden die Achsen mit folgenden Variablennamen aus Tabelle 5

bezeichnet.

Vertikale

Verschiebung

Longitudinale

Verschiebung

Laterale

Verschiebung

Vertikale

Rotation

Longitudinale

Rotation

Laterale

Rotation

X

Y

Z

X°

Y°

Z°

Abb. 20 Bezeichnung der Bewegungs- und Rotations- Achsen [21]

Tabelle 5 Variablenbezeichnung

25 Korrekturempfehlung des Systems

Das ExacTrac gibt die Entfernung vom Lagerungsoptimum als nötige

Korrekturbewegung in drei Raum- und Rotationsachsen an.

Wenn man die Korrekturbewegung als Ortsvektoren benutzt, kann man den

Richtungsvektor der intrafraktionellen Bewegung folgendermaßen berechnen.

B = Bewegungsvektor

Ia = Isozentrum vor Bestrahlung

Ib = Isozentrum nach der Bestrahlung

(Ia ) + |B| = (Ib)

(Ia ) - (Ib) = |B|

Dementsprechend lässt sich für die Fälle die intrafraktionelle Bewegung

folgendermaßen zusammenfassen.

X vor BestrahlungY vor BestrahlungZ vor Bestrahlung

− X nach BestrahlungY nach BestrahlungZ nach Bestrahlung

= 퐵

Abb. 21 Berechnete Korrekturempfehlung des ExacTrac [3]

26 Bewegungsvektor als Betrag

Die Bildung des Betrags des Bewegungsvektors hat den Sinn, dass so die

intrafraktionelle Bewegung in der weiteren Arbeit als eine alleinige Größe mit einem

festen Betrag betrachtet werden kann und sich nicht mehr in seine einzelnen

Bewegungen in den 3 Raumebenen aufgliedert. Dies ist vor allem bei den folgenden

statistischen Erhebungen notwendig.

Vektorbetrag

Im dreidimensionalen Raum kann der Betrag eines Vektors nach dem Satz des

Pythagoras berechnet werden:

|푎⃗| = 푎 + 푎 + 푎

Die einzelnen Komponenten a1 bis a3 stellen dabei die Bewegungen des Patienten in

X, Y und Z-Richtung im stereotaktischen Raum dar.

4.10 Statistische Grundlagen

Die bivariate Statistik

Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit ist es, zu untersuchen, ob die Merkmale eines

Patienten und die Art seiner Behandlung einen Einfluss auf seine

Lagerungsgenauigkeit und intrafraktionelle Bewegung während der Bestrahlung haben.

Diese Frage aus den stochastischen Untersuchungsdaten zu beantworten, ist Aufgabe

der bivariaten Statistik und ihrer verschiedenen Techniken [32].

27 Die Kovarianz

Die Kovarianz ist der elementare Parameter des Korrelationskoeffizienten. Sie

beschreibt das durchschnittliche Produkt der Abweichungen zweier Merkmale von

ihren Mittelwerten.

Korrelationskoeffizient nach Pearson

Der Korrelationskoeffizient nach Pearson dient als ein normiertes Maß der

Quantifizierung linearer Zusammenhänge. Er berechnet sich durch den Quotienten der

Kovarianz der beiden Merkmale mit ihren Standardabweichungen. Er kann nur Werte

zwischen 1 und -1 annehmen und ist dimensionslos. Ein positiver Wert beschreibt

einen gleichsinnigen, ein negativer einen gegensinnigen Zusammenhang zweier

Merkmale. Nimmt der Koeffizient die Werte 1 oder -1 an, dann ist der Zusammenhang

der beiden Merkmale ausnahmslos durch eine exakte lineare Gleichung zu

beschreiben. Je näher der Betrag des Koeffizienten an dem Mittelpunkt 0 liegt, desto

schwächer ist der vermeidliche Zusammenhang. Die Interpretation des Wertes ist

schwierig und muss mit Vorsicht betrieben werden. Es ist zu prüfen, ob der formale

Zusammenhang, der von dem Koeffizienten beschrieben wird, auch inhaltlich mit einer

nachzuvollziehenden Kausalität gedeckt werden kann. Des Weiteren muss untersucht

werden, ob der formale Zusammenhang nicht durch Extremwerte oder inhomogene

Verteilungen in den Untersuchungswerten erzeugt wird.

P-Wert und Signifikanzniveau

Möchte man die Signifikanz seines Testergebnisses überprüfen, so muss man

untersuchen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass das besagte Ergebnis nur aus

Zufall entstanden ist. Dazu berechnet man den p-Wert. Dieser quantifiziert die

Wahrscheinlichkeit, dass die Nullhypothese abgelehnt wird, obwohl sie eigentlich

angenommen werden müsste. Dazu legt man sich vor seinen Untersuchungen auf ein

Signifikanzniveau fest. Dieses liegt bei unseren Untersuchungen bei 5%. Das bedeutet,

dass wir ein Ergebnis für signifikant erkennen, wenn die statistische

Irrtumswahrscheinlichkeit bei unter 5% liegt.

28 5. Auswertung und Ergebnisse

5.1 Entfernungen der Patienten vom Lagerungsoptimum bei Bestrahlung von Isozentren des Kopfes

Zur Messung der Abweichung der Lokalisation des Isozentrums von seiner optimalen

Lagerung wird der letzte Korrekturvorschlag des 6D-Fusionsprogramms des ExacTrac

verwendet. Es beschreibt die endgültige Lage des Isozentrums vor Beginn der

Bestrahlung.

X in

mm

Y in

mm

Z in

mm

X° in

Grad

Y° in

Grad

Z° in

Grad

Negatives Maximum -0,97 -1,30 -1,73 -1,92 -2,79 -2,63

Positives Maximum 1,15 0,90 1,52 4,53 4,51 4,60

Wie man sieht, wurde im Kopfbereich keine Bestrahlung gestartet, die sich mehr als

1,73mm vom geplanten Lagerungsoptimum befand. Keine Bestrahlung startete mit

mehr als 4,6° Rotationsungenauigkeit.

Um eine sinnvolle Aussage über die durchschnittliche Entfernung des Isozentrums vom

Lagerungsoptimum in allen Richtungen zu treffen, ist es notwendig mit den Beträgen

der Entfernungsangaben zu arbeiten.

|X| in

mm

|Y| in

mm

|Z| in

mm

|X°| in

Grad

|Y°| in

Grad

|Z°| in

Grad

Durchschnitt 0,27 0,33 0,50 0,73 0,91 0,87

Median 0,20 0,25 0,40 0,63 0,69 0,82

Standardabweichung 0,24 0,28 0,39 0,61 0,80 0,59

Die medianen und durchschnittlichen Abweichungen überschreiten 0,5 Millimeter und

ein Grad nicht.

Tabelle 6 Extremwerte der Abweichung vor Beginn der Bestrahlung von Isozentren des Kopfes

Tabelle 7 Durchschnittswerte der Abweichung vor Beginn der Bestrahlung von Isozentren des Kopfes

29

Die Abweichungen von dem Lagerungsoptimum nach beendeter Bestrahlung zeigen

ein anderes Bild.

NX in

mm

NY in

mm

NZ in

mm

NX° in

Grad

NY° in

Grad

NZ° in

Grad



|NX| in

mm

|NY| in

mm

|NZ| in

mm

|NX°|

in Grad

|NY°|

in Grad

|NZ°|

in Grad

Durchschnitt 0,32 0,48 0,68 0,74 1,00 0,83

Median 0,26 0,39 0,47 0,62 0,81 0,75


Die Werte nach der Behandlung sind in ihren Extremwerten und Durchschnittswerten

größer als vor der Behandlung. Die Lage der Isozentren hat sich während der

Bestrahlung vom Lagerungsoptimum entfernt.

Tabelle 8 Extremwerte der Abweichung nach der Bestrahlung von Isozentren des Kopfes

Tabelle 9 Durchschnittswerte der Abweichung nach der Bestrahlung von Isozentren des Kopfes

30 5.2 Entfernungen der Patienten vom Lagerungsoptimum bei Bestrahlung von Isozentren des Körpers

X in

mm

Y in

mm

Z in

mm

X° in

Grad

Y° in

Grad

Z° in

Grad



|X| in

mm

|Y| in

mm

|Z| in

mm

|X°| in

Grad

|Y°| in

Grad

|Z°| in

Grad

Durchschnitt 0,91 0,69 0,46 1,45 1,64 1,54

Median 0,63 0,57 0,37 0,95 1,16 1,30


Die Lagerungsabweichungen bei der Bestrahlung von Isozentren des Körpers sind

größer. Eine besonders große Abweichung ist mit 0,9mm in der X-Richtung zu

beobachten. Auch die Rotationen sind mit maximalen Werten über 4 Grad stärker.

NX in

mm

NY in

mm

NZ in

mm

NX° in

Grad

NY° in

Grad

NZ° in

Grad

Negatives Maximum -7,33 -4,66 -4,17 -3,40 -4,94 0,31


Tabelle 10 Extremwerte der Abweichung vor Beginn der Bestrahlung von Isozentren des Körpers

Tabelle 11 Durchschnittswerte der Abweichung vor Beginn der Bestrahlung von Isozentren des Körpers

Tabelle 12 Extremwerte der Abweichung nach der Bestrahlung von Isozentren des Körpers

31

|NX| in

mm

|NY| in

mm

|NZ| in

mm

|NX°| in

Grad

|NY°| in

Grad

|NZ°| in

Grad

Durchschnitt 2,69 1,84 1,24 0,94 1,71 1,77

Median 2,53 1,45 1,04 0,67 1,32 1,54


Wie auch bei den Isozentren des Kopfes ist hier zu beobachten, dass die Entfernung

vom Lagerungsoptimum nach der Behandlung stärker ist. Bei den Körperpatienten ist

diese Abweichung noch um einiges stärker und erreicht Maximalwerte von fast 8

Millimeter und 5 Grad in der Fehlrotation.

5.3 Intrafraktionelle Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes

Die unter der Betrachtung der Anfangs- und Endwerte der Lagerungsungenauigkeiten

ergibt sich für die Isozentren des Kopfes folgendes Bild der Positionsdifferenzen. Diese

entsprechen in ihrer Form den absoluten intrafraktionellen Bewegungen in den Körper-

und Rotationsachsen.

Differenz

X in mm

Differenz

Y in mm

Differenz

Z in mm

Differenz

X° in

Grad

Differenz

Y° in

Grad

Differenz

Z° in

Grad

Durchschnitt 0,20 0,27 0,49 0,28 0,34 0,26

Median 0,14 0,21 0,32 0,19 0,19 0,14

Standard-

abweichung 0,20 0,24 0,54 0,31 0,45 0,49

Minimum 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00

Maximum 1,21 1,56 3,64 2,01 3,96 4,67

Wie man beobachten kann, liegt die abweichende Bewegung in den 3 Körperachsen

durchschnittlich im Bereich zwischen 0,2 und 0,5 Millimeter. In der Z – Achse ist die

intrafraktionelle Bewegung mit einem Durchschnittswert von 0,49 Millimeter und einem

Maximalwert von 3,64 Millimeter gegenüber den anderen Achsen leicht verstärkt.

Tabelle 13 Durchschnittswerte der Abweichung nach der Bestrahlung von Isozentren des Körpers

Tabelle 14 Positionsdifferenzen der Isozentren vor und nach der Bestrahlung

32 Die Rotationsbewegung zeigt in allen 3 Achsen ein eher konstantes Bild von einem

Viertel bis einem Drittel Grad.

Die intrafraktionelle Bewegung des Patienten als Gesamtvektor der 3 Körperachsen

Um die Bewegung des Isozentrums als einen einzelnen gerichteten Vektor

darzustellen, bildet man aus den Bewegungen in den 3 Köperachsen einen Vektor im

Vektorraum. Der Betrag dieses Vektors beschreibt die resultierende Bewegung des

Isozentrums im dreidimensionalen Raum.

N 185

Durchschnitt 0,67mm

Median 0,52mm

Standardabweichung 0,54mm

Minimum 0,08mm

Maximum 3,64mm

Man kann erkennen, dass die Gesamtbewegung des Patienten im Durchschnitt bei 0,5

Millimetern pro Bestrahlung liegt und ihr Maximum bei 3,64 Millimetern hat.

5.4 Intrafraktionelle Patientenbewegung von Isozentren des Körpers

Wie bei den Isozentren des Kopfes betrachtet man die Anfangs- und Endwerte der

Lagerungsungenauigkeiten für die Körperpatienten als Positionsdifferenzen. Für die

absoluten intrafraktionellen Bewegungen in den Körper- und Rotationsachsen ergaben

sich die folgenden Werte.

Differenz

X in mm

Differenz

Y in mm

Differenz

Z in mm

Differenz

X° in

Grad

Differenz

Y° in

Grad

Differenz

Z° in

Grad

Durchschnitt 2,13 1,55 0,94 1,11 0,75 0,66

Median 1,94 1,11 0,69 0,81 0,33 0,37

Standard-

abweichung 1,65 1,43 0,76 1,09 1,18 0,83

Minimum 0,03 0,10 0,05 0,01 0,01 0,00

Maximum 6,48 4,95 2,94 4,35 5,29 4,39

Tabelle 15 Gesamtvektor Kopfpatienten

Tabelle 16 Positionsdifferenz der Isozentren vor und nach der Bestrahlung

33

Die abweichende Bewegung in den 3 Körperachsen beträgt in Tabelle 16

durchschnittlich zwischen 1mm und 2mm. Eine Verstärkung in einer Achse ist weder in

den Körperachsen, noch in den Rotationsachsen zu erkennen. Die maximalen und

durchschnittlichen Werte übersteigen die der Kopfpatienten.

Die intrafraktionelle Bewegung des Patienten als Gesamtvektor der 3 Körperachsen

In Tabelle 17 folgt die Betrachtung des Gesamtvektors der Abweichungen.

N 33

Durchschnitt 3,12mm

Median 2,84mm

Standardabweichung 1,83mm

Minimum 0,38mm

Maximum 7,43mm

Auch die resultierenden Gesamtbewegungen bei den Isozentren der Körperpatienten

sind höher. Sie liegen durchschnittlich bei 3,12mm und finden ihr Maximum bei

7,34mm.

5.5 Einhaltung bestimmter Planungsvolumina unter Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes

Wie schon in der Einleitung beschrieben, sind in der Strahlentherapie bestimmte

Sicherheitsgrenzen um den Tumor definiert. Ausgehend von den Daten der absoluten

Entfernung des Isozentrums von seiner geplanten Lage vor und nach der Bestrahlung

kann man die Einhaltung bestimmter Sicherheitsvolumina kontrollieren. In der

kommenden Tabelle wird die Einhaltung gewisser Sicherheitsgrenzen bei den 185

Kopfbestrahlungen untersucht. Herangezogen werden Sicherheitsgrenzen von 1mm

bis 4mm. Man kann erkennen, in welcher absoluten Zahl und in welchem Prozentsatz

diese Grenzen während der Untersuchungen vor und nach der Bestrahlung respektiert

wurden. Betrachtet werden die Ergebnisse vor der Bestrahlung, nach der Bestrahlung

und das Ergebnis der Betrachtung einer gesamten Körperebene.

Tabelle 17 Gesamtvektor Körperpatienten

34

1mm 1mm

%

2mm 2mm

%

3mm 3mm

%

4mm 4mm

%

X vor

Bestrahlung

184 99,5 1 0,5 0 0 0 0

X nach

Bestrahlung

183 99,0 2 1 0 0 0 0

Gesamt X 367 99,2 3 0,8 0 0 0 0

Y vor

Bestrahlung

182 98,4 3 1,6 0 0 0 0

Y nach

Bestrahlung

164 88,6 21 11,4 0 0 0 0

Gesamt Y 346 93,5 24 6,5 0 0 0 0

Z vor

Bestrahlung

164 88,6 21 11,4 0 0 0 0

Z nach

Bestrahlung

136 73,5 41 22,2 7 3,8 1 0,5

Gesamt Z 300 81,1 62 16,8 7 1,9 1 0,3

N gesamt = 185 (370)

Die Wahrscheinlichkeit, dass in der X- und Y-Ebene ein 1mm Sicherheitssaum

überschritten wird, ist sehr klein (X= 0,8%, Y=6,5%). Nur in der Z-Ebene wird eine

Sicherheitsgrenze von 2mm (und 3mm) überschritten. Die Wahrscheinlichkeit, dass in

der Z-Ebene der 1mm- Sicherheitssaum überschritten wird, liegt bei 19%, dass der

2mm Saum überschritten wird bei 2,2% und dass der 3mm Saum überschritten wird

bei 0,3%.

Tabelle 18 Einhaltung bestimmter Sicherheitsgrenzen bei den Kopfpatienten

35 Die Kreisdiagramme (Abb.22) beschreiben noch einmal graphisch die Einhaltung der

Sicherheitssäume für die 3 Körperachsen aus Tabelle 18.

5.6 Einhaltung bestimmter Rotationsachsen unter Patientenbewegung von Isozentren des Kopfes

Bei der Planung eines Bestrahlungsvolumens ist es nötig, mit einer gewissen

Rotationsungenauigkeit bei der Lagerung und Positionierung, hervorgerufen auch

durch die Patientenbewegung während der Behandlung, zu rechnen. In der folgenden

Tabelle wird für die Isozentren des Kopfes untersucht, zu welchen

Wahrscheinlichkeiten mit welchen Rotationsgenauigkeiten zu rechnen ist. Auch hier

wurden die Abweichungen vor und nach der Behandlung, sowie des

Gesamtergebnisses für eine Rotationsachse einzeln betrachtet

1° 1°% 2° 2° % 3° 3° % 4° 4° % 5° 5° %

X° 132 71,4% 48 26,0% 3 1,6% 1 0,5% 1 0,5%

NX° 142 76,8% 36 19,5% 5 2,7% 1 0,5% 1 0,5%

Gesamt X° 274 74,1% 84 22,7% 8 2,2% 2 0,5% 2 0,5%

Y° 124 67,0% 42 22,7% 16 8,6% 2 1,0% 1 0,5%

NY° 114 61,6% 50 27% 16 8,6% 3 1,6% 2 1,0%

Gesamt Y° 238 64,3% 92 24,9% 32 8,6% 5 1,4% 3 0,8%

Z° 121 65,4% 55 29,7% 8 4,3% 0 0% 1 0,5%

NZ° 125 67,6% 51 27,6% 9 4,9% 0 0% 0 0%

Gesamt Z° 246 66,5% 106 28,6% 17 4,6% 0 0% 1 0,3%

X

1mm

2mm

Y

1mm

2mm

Z

1mm

2mm

3mm

Abb. 22 Kreisdiagramme zur Einhaltung bestimmter Sicherheitsgrenzen beim Kopfpatienten

Tabelle 19 Einhaltung bestimmter Rotationsgrenzen bei den Kopfpatienten

36 In den 3 Rotationsachsen wird eine Rotationsungenauigkeit von 4° in nur maximal 2%

überschritten. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Patient vor oder nach der Behandlung

mehr als 3° von seiner geplanten Lagerung rotiert ist, liegt unter 11%.

5.7 Einhaltung bestimmter Planungsvolumina unter Patientenbewegung von Isozentren des Körpers

X NX Gesamt

X

Y NY Gesamt

Y

Z NZ Gesamt

Z

1mm 25 8 33 24 14 38 30 14 44

1mm % 75,8 24,2 50,0 72,7 42,4 57,6 90,9 42,4 66,7

2mm 5 7 12 9 7 16 3 16 19

2mm % 15,2 21,2 18,2 27,3 21,2 24,2 9,1 48,5 28,8

3mm 0 4 4 0 5 5 0 1 1

3mm% 0 12,1 6,1 0 15,2 7,6 0 3 1,5

4mm 2 7 9 0 4 4 0 1 1

4mm % 6,1 21,2 13,6 0 12,1 6,1 0 3 1,5

5mm 1 2 3 0 2 2 0 1 1

5mm% 3,0 6,1 4,5 0 6,1 3 0 3 1,5

6mm 0 3 3 0 1 1 0 0 0

6mm% 0 9,1 4,5 0 3 1,5 0 0 0

7mm 0 0 0 0 0 0 0 0 0

7mm% 0 0 0 0 0 0 0 0 0

8mm 0 2 2 0 0 0 0 0 0

8mm% 0 6,1 3,0 0 0 0 0 0 0

N gesamt = 33 (66)

Tabelle 20 Einhaltung bestimmter Sicherheitsgrenzen bei den Körperpatienten

37

In der folgenden Tabelle (Tabelle 21) wird dargestellt, mit welcher Wahrscheinlichkeit

bestimmte Sicherheitsbereiche um das Isozentrum vom Patienten respektiert werden.

1mm 2mm 3mm 4mm 5mm 6mm 7mm

X 50% 31,8% 25,7% 12,1% 7,6% 3% 3%

Y 42,4% 18,2% 10,6% 4,5% 1,5% - -

Z 33,3% 4,5% 3% 1,5% - - -

In der X-Ebene wird ein Sicherheitssaum von 7mm durchbrochen, in der Y-Ebene ein

Sicherheitsbereich von 5mm und in der Z-Ebene einer von 4mm.

5.8 Einhaltung bestimmter Rotationsachsen unter Patientenbewegung bei Isozentren des Körpers

1° 1 °% 2° 2° % 3° 3° % 4° 4° % 5° 5° %

X° 18 54,5% 7 21,2% 3 9,1% 4 12,1% 1 3%

NX° 22 66,7% 6 18,9% 1 3% 2 6,1% 2 6,1%

Gesamt X° 40 60,6% 13 19,7% 4 6,1% 6 9,1% 3 4,5%

Y° 15 45,5% 7 21,2% 4 12,1% 2 6,1% 5 15,2%

NY° 16 48,5% 4 12,1% 6 18,2% 5 15,2% 2 6,1%

Gesamt Y° 31 47,0% 11 16,7% 10 15,2% 7 10,6% 7 10,6%

Z° 12 36,4% 10 30,3% 6 18,2% 5 15,2% 0 0%

NZ° 10 30,3% 11 33,3% 7 21,2% 5 15,2% 0 0%

Gesamt Z° 22 33,3% 21 31,8% 13 19,7% 10 15,2% 0 0%

Tabelle 21 Einhaltungwahrscheinlichkeit bestimmter Sicherheitsgrenzen bei den Körperpatienten

Tabelle 22 Einhaltung bestimmter Rotationsgrenzen bei den Körperpatienten

38 In der X-Rotationsachse wird eine Rotationsungenauigkeit von 4° in nur 5%

überschritten. In der Y-Rotationsachse wird diese Rotationsungenauigkeit in nur 11%

überschritten, während sie in der Z-Rotationsachse überhaupt nicht überstiegen wird.

5.9 Dauer der Strahlenbehandlungen

Untersucht wurde die Dauer der Bestrahlung vom Ende der Positionierung bis zum

Ende der Behandlung. Also die Nettozeit der Bestrahlung ohne sämtliche

Lagerungsvorgänge oder Endlagerungsvorgänge. Dazu werden die gemessenen

Zeiten der 219 Bestrahlungen der Körper- und Kopfpatienten verwendet.

N 219

Mean 646,68s

Median 616,00s

Std. Deviation 166,32s

Minimum 362,00s

Maximum 1252,00s

Die Dauer der Bestrahlungen schwankt von 362 Sekunden (6min) bis 1252 Sekunden

(21min). Die durchschnittliche Bestrahlungsdauer beträgt 647 Sekunden (ca. 11 min).

Tabelle 23 Bestrahlungsdauer

39 5.10 Korrelative Zusammenhänge der Kopfpatienten

5.10.1 Alter

Intrafraktionelle Bewegung

Bei der Korrelation des Alters mit der vektoriellen Verschiebung des Patienten ist eine

Signifikanz auf hohem Niveau zu erkennen. Jüngere Patienten haben eine größere

Neigung zu Bewegungen in den 3 Körperebenen als Ältere.

Die Punktwolke in Abb. 23 zeigt, dass vor

allem die beiden Kinder zu dieser

statistischen Verteilung führen.

Rotation

diffx° diffy° diffz°

Alter Korrelationskoeffizient 0,033 0,051 -0,119

Signifikanz 0,659 0,494 0,106

N 185 185 185

Es kann in unseren Untersuchungen kein Zusammenhang zwischen Alter und Rotation

hergestellt werden.

Vektor

Alter Korrelationskoeffizient -0,332

Signifikanz 0,000

N 185

alter806040200

vekt

or

4,00

3,00

2,00

1,00

0,00

Tabelle 24 Korrelation Bewegung mit dem Alter

Tabelle 25 Korrelation Rotation mit dem Alter

Abb. 23 Punktwolke Alter

40 5.10.2 BMI


Vektor

BMI Korrelationskoeffizient -0,106

Signifikanz 0,149

N 185

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen dem BMI der Patienten und ihrer

intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt werden.

Rotation


BMI Korrelationskoeffizient 0,026 0,197 -0,045

Signifikanz 0,722 0,007 0,544

N 185 185 185

Bei der Untersuchung der Korrelation der Rotationsachsen mit dem BMI der Patienten

ergibt sich ein Zusammenhang. Hohe BMI- Werte gehen mit hohen

Rotationsbewegungen in der Y-Achse einher. Wodurch dieser Zusammenhang

entsteht und wie er zu werten ist, soll diskutiert werden.

Tabelle 26 Korrelation Bewegung mit dem BMI

Tabelle 27 Korrelation Rotation mit dem BMI

41 5.10.3 Behandlungserfahrung


Nummer

Korrelationskoeffizient -0,070

Signifikanz 0,343

N 185

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der Behandlungserfahrung der

Patienten und ihrer intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt werden.

Rotation


Korrelationskoeffizient 0,049 0,042 -0,056

Signifikanz 0,510 0,569 0,450

N 185 185 185

Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Behandlungserfahrung ist ein

signifikanter Zusammenhang nicht zu entdecken.

Tabelle 28 Korrelation Bewegung mit der Behandlungserfahrung

Tabelle 29 Korrelation Rotation mit der Behandlungserfahrung

42 5.10.4 Behandlungsdauer


Dauer


Signifikanz 0,679

N 185

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der Behandlungsdauer der

Patienten pro Bestrahlungseinheit und einer intrafraktionellen Patientenbewegung

hergestellt werden.

Rotation


Korrelationskoeffizient 0,062 -0,067 0,086

Signifikanz 0,400 0,368 0,243

N 185 185 185

Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Sitzungsdauer ist ein

signifikanter Zusammenhang nicht zu entdecken.

Tabelle 30 Korrelation Bewegung mit der Behandlungsdauer

Tabelle 31 Korrelation Rotation mit der Behandlungsdauer

43 5.10.5 Anzahl der Bestrahlungsfelder


Bestrahlungsfelder

Korrelationskoeffizient 0,175

Signifikanz 0,017

N 185

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der Anzahl der eingestellten

Bestrahlungsfelder pro Bestrahlungseinheit und der intrafraktionellen

Patientenbewegung hergestellt werden.

Rotation



Signifikanz 0,266 0,647 0,891

N 185 185 185

Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Anzahl der eingestellten

Bestrahlungsfelder pro Bestrahlungseinheit ist ein signifikanter Zusammenhang nicht

zu entdecken. Eine Reduzierung der Bestrahlungsfelder bei der Bestrahlungsplanung

scheint keinen Einfluss auf die intrafraktionelle Patientenbewegung zu haben.

Tabelle 32 Korrelation Bewegung mit der Anzahl der Bestrahlungsfelder

Tabelle 33 Korrelation Rotation mit dem Anzahl der Bestrahlungsfelder

44 5.11 Korrelative Zusammenhänge der Körperpatienten

5.11.1 Alter


Vektor


Signifikanz 0,302

N 33

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen dem Alter und der


Rotation

Bei der Korrelation der Rotationsachsen mit dem Alter ergibt sich in der X-Achse ein

signifikanter Zusammenhang. Ein hohes Alter korreliert mit einer vergrößerten Rotation

in der X-Achse. Die Ursache und Aussage dieser Feststellung ist zu diskutieren.



Signifikanz 0,005 0,114 0,114

N 33 33 33

Tabelle 34 Korrelation Bewegung mit dem Alter

Tabelle 35 Korrelation Rotation mit dem Alter

45 5.11.2 BMI


diffz°


Signifikanz 0,681

N 33

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen dem BMI der Patienten und der


Rotation


Korrelationskoeffizient -0,219 0,391 -0,074

Signifikanz 0,221 0,024 0,681

N 33 33 33

Bei der Korrelation ergibt sich ein signifikanter Zusammenhang. Ein hoher BMI

korreliert mit einer vergrößerten Rotation in der Y-Achse. Die Ursache und Aussage

dieser Feststellung ist zu diskutieren.

Tabelle 36 Korrelation Bewegung mit dem BMI

Tabelle 37 Korrelation Rotation mit dem BMI

46 5.11.3 Behandlungserfahrung


Nummer


Signifikanz 0,088

N 33

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der steigenden

Behandlungserfahrung der Patienten und der intrafraktionellen Patientenbewegung

hergestellt werden.

Rotation


Korrelationskoeffizient 0,162 0,067 0,233

Signifikanz 0,369 0,710 0,191

N 33 33 33

Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Anzahl der steigenden

Behandlungserfahrung der Patienten ist ein signifikanter Zusammenhang nicht zu

entdecken. Man kann also leider keine Lernkurve, die eine Reduzierung der

Rotationsungenauigkeit zur Folge hätte, sehen.

Tabelle 38 Korrelation Bewegung mit der Behandlungserfahrung

Tabelle 39 Korrelation Rotation mit der Behandlungserfahrung

47 5.11.4 Behandlungsdauer


Dauer


Signifikanz 0,344

N 33

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen der Sitzungsdauer der Patienten

pro Behandlungseinheit und der intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt

werden.

Rotation


Korrelationskoeffizient 0,132 -0,098 -0,200

Signifikanz 0,463 0,588 0,264

N 33 33 33

Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Sitzungsdauer der Patienten pro

Behandlungseinheit ist ein signifikanter Zusammenhang nicht zu entdecken. Eine

Verkürzung oder Verlängerung der Liegedauer der Patienten auf dem

Bestrahlungstisch hat also scheinbar keinen Einfluss auf die intrafraktionelle

Patientenrotation.

Tabelle 40 Korrelation Bewegung mit der Behandlungsdauer

Tabelle 41 Korrelation Rotation mit der Behandlungsdauer

48 5.11.5 Anzahl der Bestrahlungsfelder


Bestrahlungsfelder


Signifikanz 0,935

N 33

Es kann kein korrelativer Zusammenhang zwischen Anzahl der Bestrahlungsfelder pro

Behandlungseinheit und der intrafraktionellen Patientenbewegung hergestellt werden.

Rotation

Auch bei der Korrelation der Rotationsachsen mit der Anzahl der Bestrahlungsfelder

pro Behandlungseinheit ist ein signifikanter Zusammenhang nicht zu entdecken. Die

bei der Bestrahlungsplanung festgelegte Anzahl von Bestrahlungsfeldern hat also

scheinbar keinen Einfluss auf die intrafraktionelle Patientenrotation.


Korrelationskoeffizient -0,213 0,156 -0,152

Signifikanz 0,234 0,386 0,398

N 33 33 33

Tabelle 42 Korrelation Bewegung mit der Anzahl der Bestrahlungsfelder

Tabelle 43 Korrelation Rotation mit der Anzahl der Bestrahlungsfelder

49 6. Diskussion

Eines der wichtigen Ziele der modernen Strahlentherapie ist, die Nebenwirkungen der

Behandlung möglichst gering zu halten. Diese resultieren zum größten Teil aus der

Strahlenbelastung des gesunden, den Tumor angrenzenden Gewebes. Um die

Nebenwirkungsrate zu vermindern, kann es nur helfen, die Strahlendosis zu verringern,

was leider Einfluss auf die Effektivität der Behandlung hätte und somit den

Therapieerfolg verringern würde. Demnach muss das Volumen des unnötig bestrahlten

Gewebes reduziert werden. Die ist jedoch nur mit einer Einschränkung des geplanten

Bestrahlungsvolumens möglich.

Die Größe des GTV (Gross Tumor Volume) und CTV (Clinical Target Volume) sind als

feste medizinisch biologische Größen zu sehen, auf die der Behandelnde leider keinen

Einfluss nehmen kann. Das PTV jedoch beinhaltet ein vom Therapeuten eingesetztes

Sicherheitsvolumen, mit dem er die Genauigkeit der aktuell verwendeten

Bestrahlungstechnik einfließen lässt, um in jedem Falle eine adäquate

Tumorbestrahlung sicherzustellen. Mit Genauigkeit der verwendeten Bestrahlungsart

ist die Möglichkeit der Technik gemeint, eine bestimmte Dosis fehlerfrei und

streuungsarm in ein bestimmtes Tumorvolumen zu bringen. Da in der Realität aber

Faktoren wie ungenaue Patientenlagerung und intrafraktionelle Bewegung des

Patienten diese theoretische Präzision der Technik stören, muss leider immer mit einer

Ungenauigkeit gerechnet werden. Für eine vernünftige Bestrahlungsplanung ist es von

enormer Wichtigkeit, diesen Fehler zu erkennen, seine Größe zu untersuchen und

diese dann in seine Behandlungsplanung mit einfließen zu lassen. Dies ist das

Hauptziel dieser Arbeit. Durch das Einbeziehen verschiedener Fehlerquellen wird ein

größeres Bestrahlungsvolumen um den Tumor notwendig. Dieses erweiterte Volumen

ist als Planning Target Volume (PTV) definiert und stellt im Sinne ein technisches

Sicherheitsvolumen dar. Dieses Volumen ist im medizinischen Sinne unnötig

bestrahltes Gewebe. So sollte es Aufgabe einer jeden neuen Bestrahlungstechnik oder

Modulation sein, das PTV entgegen seiner Vorgänger zu verringern.

Ein Ziel der Untersuchungen war es, am Novalissystem in Erlangen das praktisch

nötige Sicherheitsvolumen während der Bestrahlungen zu überprüfen und

gegebenenfalls neu vorzuschlagen. Dazu wurden die Faktoren, die zu einer

Ungenauigkeit der Bestrahlungstherapie führen betrachtet, analysiert und ausgewertet.

50 6.1 Positionierungsgenauigkeit

Als erstes soll die Anfangslagerung des Patienten von dem medizinisch technischen

Personal auf dem Behandlungstisch und die erste Patienteneinstellung mit Hilfe der

beschriebenen Techniken vor der Bestrahlung betrachtet werden. Im Weiteren wird

dieser Vorgang als Positionierung zusammengefasst. Die stereotaktische

Strahlentherapie ermöglicht die Untersuchung, in dem es die Position eines Patienten

in einem 3-dimensionalen Koordinatensystem definiert. Im Gegensatz zur

konventionellen Bestrahlung hat bei der Patientenpositionierung das Novalissystem

durch den Einsatz von bildgesteuerten Lagerungstechniken einen definitiven Vorteil

[30]. Es kann vor jedem Behandlungsbeginn mit dem Vergleich der Lage von

knöchernen Strukturen die Einstellung des Patienten objektiv überprüfen und

gegebenenfalls eine Korrekturbewegung vorschlagen und einleiten. In anderen Studien

hat sich herausgestellt, dass die auf der Fixierungsmaske angebrachten Infrarotmarker

die reale Position des Kopfes und mögliche Kopfbewegungen nicht adäquat

wiedergeben [21]. Daher dienen die knöchernen Strukturen des Patienten als

Grundlage für alle Betrachtungen dieser Arbeit. Gegenüber anderen Systemen stellt

die Automatik der Lagekorrektur des Patienten einen enormen Vorteil dar. Eine

Quantifizierung der vorgenommenen Korrekturbewegungen des

Positionierungssystems ist nicht das Ziel der Untersuchungen. Jedoch soll an dieser

Stelle erwähnt werden, dass diese nach konventioneller Lagerung in vielen Fällen doch

noch beträchtlich ist. Ebenfalls sollte auch angemerkt sein, dass dieses System leider

Grenzen hat. So hat sich gezeigt, dass es bei einigen Patienten auch nach mehreren

wiederholten Korrekturanalysen und Korrekturbewegungen nicht möglich ist, absolut

genau zu lagern. Daraus ergibt sich bei allen Untersuchungen eine verbleibende

Restabweichung, die in der Arbeit darstellt werden soll.

Desweiteren zeigt sich schon bei der Positionierung, dass die Ergebnisse der am

Köper bestrahlten Patienten auf Grund der starken Unterschiede in der angewendeten

Fixierungstechnik im Vergleich zu den am Kopf behandelten Patienten, stark

abweichen. Um in unseren Untersuchungen sinnvollere und speziellere Aussagen

machen zu können, werden diese Patienten getrennt voneinander analysiert.

Planare Betrachtung

Erfreulicherweise sind die Ergebnisse der Positionierung des Novalissystems im

Kopfbereich sehr genau. So ist die verbleibende und nicht korrigierte Abweichung vom

Lagerungsoptimum vor der Bestrahlung bei den behandelten Patienten im Durchschnitt

kleiner als 0,5 Millimeter (vertikal: ±0,27mm; longitudinal: ±0,33mm; lateral: ±0,50mm).

Selbst die aufgetretenen Extremwerte überschreiten einen Radius von 2 Millimeter

51 nicht. Eine leichte Verstärkung der Abweichung ist mit einem Durchschnittswert von 0,5

Millimeter und einem Maximalwert von 1,73 Millimeter in der lateralen Richtung zu

beobachten. Den Grund dafür kann man an mehreren Stellen vermuten. So kommt

zum Beispiel eine Eigenschaft in der Fixierungstechnik in Frage, oder man sucht den

Grund in der Anatomie und Physiologie des Patienten.

Mit dem Patientenkollektiv und Studiendesign ist die Kausalität leider nicht zu klären.

Diese müsste in einer speziell auf diese Fragestellung zugeschnittenen Untersuchung

geklärt werden. In einer Studie, die verschiedene Maskensysteme miteinander

vergleicht [11] und in anderen Präzisionsuntersuchungen, die sich mit dem

Novalissystem beschäftigen [16], lässt sich diese Auffälligkeit nicht rekonstruieren.

Eine leicht ungenauere Positionierungspräzision des Systems zeigt sich bei den

Körperpatienten (vertikal: ±0,91mm; longitudinal: ±0,69mm; lateral: ±0,46mm). Die

Entfernung vom Lagerungsoptimum vor Beginn der Behandlung ist hier in ihren

durchschnittlichen und maximalen Werten größer. Dennoch bleibt sie im Mittel unter

einem Millimeter, was dem System auch hier eine gute Positionierungsgenauigkeit

bescheinigt. Ein genaueres Ausgleichen der Tischposition erweist sich in den

Untersuchungen als schwierig und sehr zeitintensiv.

Rotationsabweichung

Ein zuverlässiges Bild zeichnet sich ebenfalls bei der Untersuchung der

Rotationsgenauigkeit der Lagerung der Patienten ab. Durchschnittlich werden die

Kopfbestrahlungen mit einer Fehllage von unter einem Grad gestartet (vertikal: ±0,73°;

longitudinal: ±0,91°; lateral: ±0,87°). Nur bei einer Minderzahl der Patienten wäre bei

den vorgenommenen Positionierungen eine Korrektur in der Rotationsachse vor den

Bestrahlungen sinnvoll, wie sie z.B. ein achsenkorrigierender Patiententisch ausführen

könnte [5].

Ungenauer zeigt sich die Lagerung der Körperpatienten in ihrer Rotationslage. Hier

liegt die durchschnittliche Abweichung von der geplanten Lagerung im Durchschnitt

zwischen 1 und 2 Grad (vertikal: ±1,45°; longitudinal: ±1,64°; lateral: ±1,54°). Wobei

auch dies angesichts der freien Patientenlagerung als ein erfreuliches präzises

Ergebnis anzusehen ist.

52 6.2 Intrafraktionelle Bewegung

Die 2. Fehlerquelle, die dazu führen kann, dass eine geplante Dosis nicht im

berechneten Maße ihr Zielvolumen erreicht, ist die intrafraktionelle

Patientenbewegung. Diese stellt in ihrer Definition die Bewegung des Patienten vom

Beginn der Bestrahlung über alle Feldeinstellungen bis zum Schluss der

Strahlenbehandlung dar. Zur Einschränkung der intrafraktionellen Bewegung finden in

der Strahlentherapie eine Vielzahl von Fixierungstechniken Einsatz. Je besser eine

Technik arbeitet, umso kleiner ist die Fehlerquelle der intrafraktionellen Bewegung an

einem Bestrahlungssystem. Die am Kopf behandelten Patienten werden alle mit Hilfe

einer thermoplastischen Gesichtsmaske am Behandlungstisch fixiert. Die Patienten mit

Isozentren im Körperbereich werden jedoch ohne weitere Sicherungstechniken in

Rückenlage auf dem Behandlungstisch gelagert. Dies ist vermutlich der Grund, warum

beide Gruppen hier große Unterschiede in ihren Ergebnissen zeigen, weswegen beide

auch getrennt voneinander betrachtet werden.

In dem Untersuchungsablauf werden die Patienten vor und nach der

Strahlenbehandlung auf ihre Lagerungsungenauigkeit hin überprüft. Die Lagerung bei

der Positionierung vor der Behandlung wurde schon als Fehlerquelle betrachtet. Wenn

man jedoch die Lagerungsungenauigkeit am Ende in Differenz zur

Anfangsungenauigkeit stellt, so erhält man einen Wert, den man als intrafraktionelle

Patientenbewegung erklären und definieren kann. Vektoriell betrachtet, kann man

dieser Verschiebung in ihrer Gesamtheit über ihre 3 Achsen eine Richtung und Größe

zuordnen. Wenn man die Lage der bestrahlten Isozentren nach der

Strahlenbehandlung betrachtet, so erkennt man, dass sie in ihrer Position ungünstiger

sind als die Ausgangswerte. Die Tumorvolumina liegen in ihren maximalen und

durchschnittlichen erfassten Positionswerten weiter entfernt von ihrer, in der

Behandlungsplanung vorgesehenen Lokalisation. Daraus kann man verschiedene

Schlüsse ziehen. Erstens existiert trotz der Fixierungstechniken weiterhin eine

intrafraktionelle Bewegung des Patienten. Leider führt diese Bewegung in unseren

Untersuchungen den Patienten von seinem Lagerungsoptimum weg, weshalb sie auch

als ungünstig anzusehen ist. Darum sollte es Ziel eines jeden Strahlentherapeuten

sein, intrafraktionelle Bewegung zu vermeiden.

53 Planare Betrachtung

Betrachtet wird nun die intrafraktionelle Bewegung der am Kopf bestrahlten Patienten.

Diese liegt in den 3 Kopfebenen durchschnittlich im Bereich zwischen 0,2 und 0,5

Millimeter (vertikal: ±0,20mm; longitudinal: ±0,27mm; lateral: ±0,49mm). In der

lateralen Ebene ist die intrafraktionelle Bewegung mit einem Durchschnittswert von

0,49 Millimeter und einem Maximalwert von 3,64 Millimeter wiederholt leicht verstärkt.

Die Fixierung unter Verwendung der thermoplastischen Gesichtsmaske hat sich

demnach in den Untersuchungen als ein sehr gutes Verfahren zur Unterdrückung

intrafraktioneller Bewegung erwiesen, da sie diese durchschnittlich im Bereich unter

0,5 Millimeter hält. In diesen Dimensionen kann man annähernd von einer kompletten

Unterdrückung sprechen.

Eine stärkere intrafraktionelle Bewegung ist bei den Körperpatienten zu beobachten. 1

bis 2 Millimeter beträgt hier durchschnittlich die abweichende Bewegung in den 3

Körperebenen (vertikal: ±2,13mm; longitudinal: ±1,55mm; lateral: ±0,94mm). Damit

sind die Werte im Gegensatz zu der Positionierung hier wesentlich größer als bei den

Kopfpatienten. Die Kausalität ist in diesem Fall klar bei der fehlenden Körperfixierung

während der Behandlung zu suchen. Eine bloße Rückenlagerung scheint ungenügend

zu sein, weder zur Einstellung des Patienten bei seiner Positionierung, noch zur

Verhinderung intrafraktioneller Bewegungen. Eine andere Studie aus Würzburg stellt

fest, dass bei den Kopfpatienten die gute Fixierung der Grund für die genaue Arbeit

des Systems ist [12]. Die an dem Gerät gemessenen Werte stimmen in ihrer

Dimension mit anderen Studien überein [19, 23]. Ohne qualitative Sicherung des

Patienten werden die intrafraktionellen Abweichungen signifikant größer. Es sollte ein

Schwerpunkt der Strahlentherapie sein, eine Fixierungstechnik zu entwickeln, die es

ermöglicht, auch diese Patienten genauer, und somit schonender zu bestrahlen.

Gerade im Hinblick auf die Entwicklung und Verteilung verschiedener Tumorentitäten

bleiben Krebserkrankungen im extrakraniellen Bereich wie zum Beispiel Erkrankungen

der Prostata und der Lunge auch weiterhin im dem Fokus der Strahlentherapie.

Rotation

Ähnlich verhält es sich mit der intrafraktionellen Rotation der Kopfpatienten. Diese liegt

im Durchschnitt unter einem Drittel Grad (vertikal: ±0,28°; longitudinal: ±0,34°; lateral:

±0,26°). Damit ist die weitere rotative Abweichung der Patienten während der

Bestrahlung kleiner als der anfängliche Positionierungsfehler. Die intrafraktionelle

Rotation der Kopfpatienten ist somit ebenfalls annähernd vernachlässigbar. Eine

genaue Positionierung und qualitativ gute Maskenanfertigung sollte demnach im

Hauptfokus der Aufmerksamkeit des Strahlentherapeuten stehen.

54 Größer ist die rotative Abweichung der Körperpatienten (vertikal: ±1,11°; longitudinal:

±0,75°; lateral: ±0,66°), wobei auch hier gilt, dass der anfängliche

Positionierungsfehler größer ist als die intrafraktionelle Rotation.

6.3 Sicherheitsvolumina

Um nun, wie eingehend erklärt, das theoretisch notwendige technische

Sicherheitsvolumen PTV zu ermitteln, werden im nächsten Schritt die gewonnenen

Daten statistisch weiter untersucht. Es wird geprüft, mit welcher Wahrscheinlichkeit das

Patientenkollektiv bestimmte Sicherheitsvolumina während der Bestrahlung einhält.

Dazu muss man rechnerisch theoretische Sicherheitsvolumina von einem bis vier

Millimeter Radius schaffen, und bestimmen, in welcher absoluten und in welcher

prozentualen Zahl diese Volumina in den 185 gemessenen Kopfbestrahlungen

eingehalten werden. Dabei zeigt sich für das Novalissystem ein recht präzises und

somit positives Ergebnis. So ist die Wahrscheinlichkeit, dass in der vertikal X- und der

longitudinalen Y- Ebene des Patienten das Sicherheitsvolumen von 1 Millimeter Radius

durchbrochen wird, sehr klein (vertikal: 0,8%; longitudinal=6,5%). Unpräziser zeigt sich

leider die Patientenbewegung in der lateralen Ebene. Hier wird ein Sicherheitssaum

von 2 Millimeter und 3 Millimeter überschritten. Desweiteren liegt die

Wahrscheinlichkeit, dass ein 1 Millimeter Radius überschritten wird, bei 19%. 2

Millimeter werden in 2,2% der Fälle benötigt und 3 Millimeter nur in 0,3%. Hiermit

bestätigt sich auch bei der Berechnung der Sicherheitsvolumina eine verstärkte

Ungenauigkeit in der lateralen Ebene.

Betrachtet man die im Körperbereich bestrahlten Patienten, so zeichnet sich ein

ungenaueres Bild ab. Durch die größere intrafraktionelle Bewegung dieser Isozentren

wird auch ein größeres Sicherheitsvolumen benötigt. So wird in der vertikalen X-Ebene

in 7,6% der untersuchten Fälle ein Sicherheitsvolumen von 5 Millimeter Radius

durchbrochen. Diese zeigt sich als definitiv ungenaueste, und somit die

bewegungsstärkste Ebene. In der longitudinalen Y-Ebene wird in 10,6% der

untersuchten Bestrahlungen ein Volumen von 3 Millimeter Radius durchbrochen. 4

Millimeter Radius werden hier in 4,5% der Fälle überschritten. Somit zeigt sich die Y-

Ebene bei den Körperpatienten bewegungsärmer. Ein überraschend genaues Ergebnis

ergibt sich für die laterale Z-Ebene der Patienten. So wird hier ein Sicherheitsradius

von 2mm nur in 4,5% der Bestrahlungen überschritten. Wichtig ist, dass man diese

Gegebenheiten erkennt und in die strahlentherapeutische Behandlungsplanung

einbaut.

Mit den gewonnenen Daten lassen sich nun Rückschlüsse auf das an dem Novalis

nötige Sicherheitsvolumen ziehen. Es ist ein Volumen zu wählen, welches die

55 Voraussetzungen dafür schafft, dass das Tumorgewebe bei allen

Behandlungsfraktionen ausreichend erfasst, und umliegendes Gewebe im

größtmöglichen Maße geschont wird. Dies muss also ein Volumen sein, welches nur in

vertretbaren Maße und somit ein einer kleinen Prozentzahl von den bestrahlten

Patienten in ihrer Bewegung überschritten wird. Würde man ein zu großes

Sicherheitsvolumen wählen, so würde sich hieraus für den Patienten eine größere

Masse von gesundem bestrahltem Gewebe ergeben. Ziel ist es also, einen

Kompromiss zwischen diesen beiden großen Zielen, Gewebeschutz und

Treffgenauigkeit, zu finden. Dementsprechend wird ein Volumen gewählt, das von 90%

aller Patienten eingehalten wird. Betrachtet werden als erstes die Ergebnisse der

Patienten, die mit der thermoplastischen Maske bestrahlt wurden. Hier zeigt sich in der

vertikalen X- und der longitudinalen Y-Ebene ein sehr genaues Bild, da weit unter 10%

der Patienten einen Sicherheitsradius von einem Millimeter durchbrechen. Wie schon

erläutert, sind bei diesen Patienten die Ergebnisse in der Z-Ebene ungenauer. So

überscheiten 19% ein Sicherheitsvolumen von 1 Millimeter Radius. Damit wird in dieser

Ebene ein größerer Radius von 2 Millimeter benötigt, der nur von 4,5% der Patienten

durchdrungen wird. Zusammenfassend ist dementsprechend die Empfehlung dieser

Arbeit für Bestrahlungen mit Anwendung von thermoplastischen Kopfmasken am

Novalissystem ein Sicherheitsvolumen mit folgenden Radien: (vertikal: ±1mm;

longitudinal: ±1mm; lateral: ±2mm).

Nach den Betrachtungen über die Einhaltung von theoretischen Sicherheitsvolumina

für Körperpatienten kann man auch für diese eine Empfehlung für die Größe des PTV

bei der Bestrahlungsplanung aussprechen. Hier wird in der vertikalen X-Ebene ein

Sicherheitsradius von 5 Millimeter in 7,6% der bestrahlten Fälle überschritten. Dieser

kann somit als kleinstmöglicher Grenzwert bei der Bestrahlungsplanung gesehen

werden. In der longitudinalen Y-Ebene durchbrechen 10,6% der bestrahlten Patienten

einen Sicherheitsradius von 3 Millimeter, während nur 4,5% einen Radius von 4mm

überschreiten, so dass zugunsten der Gewebeschonung ein Radius von 3mm als

Planungsempfehlung sinnvoll erscheint. Die laterale Z-Ebene erweist sich bei den

Körperpatienten als stabilste Ebene. Hier überschreiten nur 4,5% einen

Sicherheitsradius von 2 Millimeter. Dementsprechend ist es sinnvoll, die Reichweite

des longitudinalen Sicherheitssaumes entsprechend klein zu halten, während man in

den beiden anderen Ebenen großzügiger agieren muss. Der zusammenfassende

Vorschlag für die Radien bei der Bestrahlungsplanung der Körperpatienten ist:

(vertikal: ±5mm; longitudinal: ±3mm; lateral: ±2mm). Damit ist das nötige

Sicherheitsvolumen für diese Behandlungen um ein Mehrfaches größer als bei den

Kopfpatienten.

56 6.4 Einsatz in der rahmenlosen Radiochirurgie

Aus dem nur sehr kleinem nötigen Sicherheitsvolumen und der hohen

Lagerungsgenauigkeit des Novalis im Kopfbereich kann man dem System eine äußerst

hohe Präzision bescheinigen, die andere Untersuchungen von stereotaktischen

Systemen bestätigt [21, 29, 30]. Auch der Faktor der intrafraktionellen

Patientenbewegung ist bei Kopfpatienten als annähernd vernachlässigbar anzusehen

und hält sich auf Niveau des Positionierungsfehlers.

Besonders wichtig ist die Genauigkeit der Lagerung und Unterbindung intrafraktioneller

Patientenbewegung in der stereotaktischen Radiochirurgie. Bei dieser wird in einer

oder wenigen Sitzungen eine besonders hohe Strahlungsdosis auf ein Zielvolumen

abgegeben. Auf Grund der hier angewendeten größeren Dosen muss die Bestrahlung

von umliegendem Gewebe in jedem Falle so klein wie möglich gehalten werden. Um

dies zu erreichen, verwendet die Strahlenklinik Erlangen einen stereotaktischen Ring,

der eine absolut stabile Verbindung des Patientenkopfes mit dem Behandlungstisch

herstellt. Eine sehr genaue Positionierung im Genauigkeitsbereich von 0,5- 1 Millimeter

des Patientenkopfes ist somit möglich, wie Untersuchungen beweisen [25]. Ein

weiterer Vorteil dieser Methode ist, dass die Lagerungsungenauigkeit des Systems der

einzige Störfaktor für eine präzise Bestrahlung des Patienten ist, da die

Patientenbewegung komplett ausgeschaltet ist. Der Nachteil der Methode ist neben

einem zeitlichen Aufwand in dem Arbeitsablauf der Klinik eine hohe körperliche und

psychische Belastung des Patienten.

Betrachtet man verschiedene Phantomstudien, die die technische

Lagerungsgenauigkeit des Novalis untersuchen [1, 28, 34] und schließt man die

Ergebnisse dieser Arbeit mit ein, so kommt man zu dem Ergebnis, dass eine Lagerung

in einem Fehlerbereich von unter einem Millimeter in jeder Lagerungsebene bei

Bestrahlungen am Novalis garantiert werden kann. Wenn man evaluiert, dass unter

Verwendung von thermoplastischen Masken die intrafraktionelle Patientenbewegung

nachweisbar annähernd vernachlässigbar ist, so kommt man zu dem Schluss, dass

das Novalis, unter Verwendung seiner Techniken zur Anwendung einer rahmenlosen

Radiotherapie geeignet ist.

Nach Prüfung dieser Ergebnisse hat die Strahlenklinik Erlangen begonnen, die

rahmenlose Radiochirurgie am Novalissystem mit großem Erfolg anzuwenden. Bei den

ersten Behandlungen wurde dabei mehrfach während der Behandlung die

Patientenposition mittels stereoskopischen Röntgen überprüft. Eine Korrektur der

Position war dabei nur sehr selten notwendig. Eine Untersuchung an der Universität in

Virginia ergibt zum Vergleich eine Quote von unter 20%, bei der nach einer

57 rahmenlosen Radiochirurgiebehandlung eine Ungenauigkeit von 2mm überschritten

wird. Mit mehreren Zwischenkontrollen lässt sich diese auf annähernd 0% senken [26].

So sieht eine andere Studie aus Los Angeles die Notwendigkeit für intrafraktionelle

Kontrollen in der rahmenlosen Radiochirurgie [1].

Unter den positiven Erfahrungen der Strahlenklinik Erlangen ist dieses Verfahren hier

inzwischen zum Standard geworden. Andere Studien, die die klinische Qualität der

rahmenlosen Radiochirurgie untermauern [6, 17, 29, 33], können somit unterstützen

werden.

6.5 Einfluss der Patientenfaktoren

Während der Untersuchungen wurde als ein weiteres Ziel festgelegt, in dem

Patientenstamm zu analysieren, ob verschiedene Körpermerkmale der bestrahlten

Patienten einen Einfluss auf deren intrafraktionelle Bewegung haben. Dazu wurden

verschiedene Eigenschaften der Patienten dokumentiert und ihr Einfluss statistisch

untersucht. Man muss klar sagen, dass der Patientenstamm dieser Arbeit für eine klare

Aussage bezüglich dieser Fragestellung nicht ausreichend geeignet ist. Dazu wäre es

nötig, für jedes Merkmal ein eigenes Studiendesign zu entwerfen, in dem die

Patientenauswahl speziell nach der Fragestellung ausgerichtet ist. Durch die

statistische Aufarbeitung des Patientenkollektivs kann durch die Suche nach möglichen

Auffälligkeiten nur der Anstoß zu genaueren Untersuchungen gegeben werden. Da

sich in dem Kollektiv nur 4 am Körper bestrahlte Patienten befinden, werden diese

Betrachtungen auch nur für die 26 Kopfpatienten ausgeführt. Im Sinne der

Vollständigkeit sind die Ergebnisse der Körperpatienten zwar in der Arbeit aufgeführt,

bilden aber in ihrer Form leider keine Diskussionsgrundlage.

Um die Frage eines möglichen Zusammenhangs zwischen Patientenmerkmal und

intrafraktioneller Patientenverschiebung zu untersuchen, wird das statistische

Instrument der Korrelation genutzt. Mit diesem werden die Faktoren Alter, BMI und

Behandlungserfahrung des Patienten, so wie Zahl der Bestrahlungsfelder und Dauer

der einzelnen Fraktionen untersucht. Für viele Patientenmerkmale, für die ein

möglicher Zusammenhang mit intrafraktioneller Bewegung in Erwägung gezogen

werden kann, lässt sich ein Verdacht nicht bestätigen. So hat die

Behandlungserfahrung, die der Patient während seiner mehrfachen Bestrahlungen

sammelt, in den Untersuchungen keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Behandlung.

Auch eine erhöhte Anzahl von Bestrahlungsfeldern, die mit einem häufigeren Fahren

des Behandlungstisches einhergeht, erzeugt offenbar keine sekundären

58 Patientenbewegungen, die zu einer erhöhten Ungenauigkeit führen könnten.

Unterstützt wird diese Aussage auch durch eine andere Studie aus Belgien von 2007,

in der belegt wird, dass die Tischbewegungen am Novalissystem keinen Einfluss auf

die Genauigkeit der Bestrahlungen haben [22]. In den Messungen kann ebenfalls ein

Zusammenhang zwischen der Länge der Fraktionen mit der entstehenden

Ungenauigkeit verneint werden. Wenn eine genauere Untersuchung diesen

Zusammenhang bestätigen würde, dann würde dies die Qualität der Patientenfixierung

mit der thermoplastischen Kopfmaske zusätzlich untermauern.

Bei 2 Merkmalen kann man in dem Kollektiv Auffälligkeiten erkennen. Zuerst werden

die Kopfpatienten betrachtet. Für das Alter der Patienten zeigt sich ein

Zusammenhang, der sich statistisch auf einem signifikanten Niveau bewegt. So zeigt

sich scheinbar, dass ein junges Alter zu einer verstärkten intrafraktionellen Bewegung

führt. Betrachtet man das Ergebnis jedoch in seiner Zusammensetzung genau, so

muss man erkennen, dass dieser Zusammenhang nur durch die in dem

Patientenkollektiv vorkommenden Kinder erzeugt wird. Diese zeigten während ihrer

Bestrahlungen eine vergrößerte Abweichung. Jedoch ist die Anzahl der jungen

Patienten in unserem Kollektiv zu gering, um feste Schlüsse zu ziehen. Eine genaue

Untersuchung, die die intrafraktionelle Bewegung von jungen Menschen mit denen

Erwachsener vergleicht, könnte sinnvolle Hinweise auf eine mögliche Anpassung von

Bestrahlungsvolumina für Kinderbestrahlungen geben. Desweiteren ergibt sich für das

Merkmal Body – Mass – Indexes denkbar eine korrelative Beziehung. So gehen hohe

BMI-Werte mit einer vergrößerten Rotationsneigung in der longitudinalen Y-Achse

einher. Auch bei den Körperpatienten scheinen Alter und BMI Einflussfaktoren auf die

Bestrahlungsgenauigkeit zu sein. Eine Diskussion und vor allem das Erkennen einer

sinnvollen Kausalität dieser Sachverhalte könnten auch hier nur genauere und

speziellere Untersuchungen liefern.

59 7 Literaturangabe

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60

63 8 Danksagung

Ich danke ganz besonders meiner Doktormutter, Frau PD Dr. med. Antje Fahrig, für

ihre sehr gute Betreuung und Hilfe bei dieser Arbeit. Großer Dank gebührt ebenfalls

Prof. Dr. med. Rainer Fietkau dem Leiter der Strahlenklinik Erlangen für seine tolle

Unterstützung.

Mein Dank gilt außerdem den medizinisch technischen Assistenten des Novalis, die

mir in der Ausführung meiner Untersuchungen immer hilfreich und verständnisvoll bei

Seite standen.

In dem Sinne bedanke ich mich auch bei allen anderen Mitarbeitern der Strahlenklinik

Erlangen, die bei Fragen und Problemen immer ein guter Ansprechpartner waren.

Zum Schluss danke ich natürlich meiner Familie, die mir das Studium der

Humanmedizin ermöglicht hat und meiner Freundin für ihre ausdauernde und liebevolle

Unterstützung.

64

9 Erklärung über Selbstständigkeit

Ich, Stephan Dölz, erkläre, dass ich die vorgelegte Dissertationsschrift selbst verfasst

und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt, ohne die

(unzulässige) Hilfe Dritter verfasst und auch in Teilen keine Kopien anderer Arbeiten

dargestellt habe.

Erlangen, den 14.07.2010

65 10 Lebenslauf

Name Dölz, Stephan

Geburtsdatum 18.12.1984

Geburtsort Gera

Familienstand ledig

Schulbildung 1991 – 1995 3. Grundschule Gera

1995 - 2003 Zabelgymnasium Gera

09.07.2003 Allgemeine Hochschulreife

Zivildienst 07/2003 – 04/2004 Zivildienst Franz Lenzner Heim Gera

Studium 01.04.2004 Studium der Humanmedizin

an der Friedrich-Alexander-Universität

Erlangen-Nürnberg

03.04.2006 Erster Abschnitt der ärztlichen Prüfung

06.05.2010 Zweiter Abschnitt der ärztlichen Prüfung

Promotion seit 2008 Thema: „Positionierungsgenauigkeit und

intrafraktionelle Patientenbewegung in der

stereotaktischen Radiotherapie“, klinische

Studie an der Strahlenklinik Erlangen

Erlangen, den 14.07.2010

Documents

Positionierungsgenauigkeit und intrafraktionelle ... · war die Einführung der stereotaktischen Radiotherapie durch den schwedischen . 6 Neurochirurgen Lars Leksell im Jahre 1952