Optimierung und Evaluierung unterschiedlicher Bestrahlungsmodalitäten mit Photonen und Protonen in der Strahlentherapie : Vergleich der Modelle zur Berechnung der Normalgewebekomplikationsrate

Abstract

Die Bestrahlungsmodalitäten in der heute modernen Strahlentherapie erlauben eine konforme und in vielen Fällen eine optimale Anpassung der Felder auf den Tumor und eine Reduktion der applizierten Dosis im Normalgewebe. Vor allem geladene Teilchen, wie Protonen, ermöglichen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften eine bessere Schonung der Risikoorgane, welche den Tumor umgeben.<br />Im Rahmen dieser Arbeit wird versucht mit Hilfe von medizinphysikalischen und dosimetrischen Parametern und der NTCP- (Normalgewebekomplikationsrate) und TCP-Berechnung (Tumorkontrollrate) eine Optimierung und Evaluierung unterschiedlicher Therapiemodalitäten für Lungen-, Prostata- und Mammakarzinom durchzuführen. Diese beinhalten die 3D-konforme Photonentherapie (3D-CRT), die intensitätsmodulierte Photonentherapie (IMRT), die passiv gestreute Protonentherapie und die intensitätsmodulierte Protonentherapie (IMPT, gescannte Protonentherapie). Im Falle des Mammakarzinoms wird die externe Strahlentherapie der gepulsten Brachytherapie gegenübergestellt. Zur Berechnung der NTCP werden verschiedene Modelle und Parameter herangezogen und deren Abweichung für den gleichen Bestrahlungsplan bestimmt. Diese Abweichung in der NTCP kann in einzelnen Fällen bis zu 39% betragen. Im Mittel zeichnen sich die gescannten Protonen durch die beste Schonung der Risikoorgane aus, jedoch muss dies für den Einzelfall nicht gelten.<br />Die Frage nach einer ausgezeichneten Therapiemodalität kann meist nur für den individuellen Fall beantwortet werden, vor allem wenn ein Vergleich zwischen der IMRT, IMPT und den passiv gestreuten Protonen gezogen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einzelnen Patienten die Modalitäten IMRT und passiv gestreute Protonen in Konkurrenz stehen. Im Mittel zeichnen sich die gescannten Protonen meist als die bestschonende Modalität mit der höchsten Dosisauslastung des PTVs aus. Die NTCP Berechnung und das daraus folgende Plan Ranking muss als kritisch betrachtet werden, da unterschiedliche Modelle, Parameter und Reduktionsschemen zu unterschiedlichen Ergebnissen für den gleichen Bestrahlungsplan des Patienten führen.<br />

The recent highly conformal radiation treatment modalities allow in most instances optimal dose coverage to the tumor and a reduction of applied dose to normal tissues. Charged particles, such as protons, particularly enable better sparing of the OAR (Organs At Risk) adjacent to the target volume.<br />In the context of this work different treatment modalities for lung, prostate and mamma carcinoma are evaluated and optimized by means of dosimetric parameters and NTCP (Normal Tissue Complication Probability) and TCP calculations (Tumor Control Probability). This includes 3D-Conformal Radiation Therapy (3D-CRT), Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT), passive scattered proton therapy and Intensity Modulated Proton Therapy (IMPT, scanned protons). In case of mamma carcinoma external radiation therapy is opposed to pulsed dose rate brachytherapy.<br />The NTCP calculation is based on different published models and parameter sets. NTCP values calculated with different models and parameter sets can vary up to 39% in single cases for the same treatment plan. Averaged plan ranking shows that scanned protons are superior to other modalities in terms of sparing normal tissue. This doesn't need to hold for particular cases.<br />In general the superior treatment modality can vary from patient to patient, particularly when IMRT, IMPT and passive scattered protons are compared. The results show that for single cases the IMRT competes with passive scattered protons. On average scanned protons result in the best normal tissue sparing with the highest PTV dose coverage. NTCP calculation and the subsequent plan ranking must be considered critically, because different models, parameter sets and reduction schemes result in different NTCP values for the same patient's treatment plan.<br />