Adaptation demand in proton beam therapy for head and neck tumour patients
Medical Physics, Biomedical Technology
Final Report Abstract
Im Projektmittelpunkt stand die Durchführung einer Planungsstudie zur Ermittlung des Adaptionsbedarfs bei der intensitätsmodulierten Protonentherapie (IMPT) für Patienten mit Tumoren im Kopf-Hals-Bereich. Es gelang 28 CT-Patientendatensätze mit insgesamt 188 Kontroll-CTs systematisch zu konturieren und dabei auch zahlreiche Normalgewebsstrukturen zu berücksichtigen. Somit entstand ein einzigartiger Datensatz für die über das Projekt hinausgehende Erforschung der adaptiven IMPT. Aus logistischen Gründen wurde die Planungsstudie auf die acht Datensätze mit unilateralen Zielvolumina begrenzt, stellt aber für diese Spezialfälle den ersten systematischen Planvergleich zwischen klassischer PTV-basierter und robuster CTV-basierter Planung sowohl mittels sogenannter Single-Field als auch Multi-Field Optimierung dar und enthält neben der Untersuchung des Adaptionsbedarfs auch umfangreiche Robustheitsanalysen. Für letzteres wurde ein Modul für automatisierte Berechnungen von akkumulierten Dosisverteilungen für gesamte Therapieketten erstellt, wobei zufällige Setup- und systematische Reichweitefehler, die anatomischen Gegebenheiten in den Kontroll-CTs und mögliche Planadaptionen miteinbezogen werden können. Für eine optimale Normalgewebsschonung, insbesondere der ipsilateralen Parotis, können nach Durchführung der Planungsstudie, robuste CTV-basierte Multi-Field optimierte Pläne empfohlen werden. Eine verminderte Robustheit gegenüber Setup- und Reichweitefehlern wurde bei beiden PTV-basiert optimierten Plänen für die Normalgewebe und insbesondere bei Multi-Field Optimierung auch für die Zielgebiete beobachtet. Die quantifizierten anatomischen Veränderungen während Therapieverlaufs waren sehr unterschiedlich, aber insgesamt im Vergleich zu Beschreibungen in der Literatur eher gering. Dennoch konnten Adaptionen aufgrund interfraktioneller anatomischer Änderungen von keiner der vier untersuchten Optimierungsmethoden umgangen werden und es zeigte sich je nach Planungsstrategie ein Adaptionsbedarf in zwei bis drei der acht Patienten (25% - 38%) vorwiegend aufgrund des Verlustes der Zielvolumenerfassung. Dennoch konnten durch eine Planadaption auch die Dosisbelastung in einigen Normalgeweben im Vergleich zur Behandlung ohne Planadpation signifikant gesenkt werden, wodurch zum Beispiel eine Verringerung von therapiebedingten Schluckstörungen zu erwarten ist. Im Projektzusammenhang erfolgte eine Patentanmeldung.
Publications
- Impact of robust treatment planning on single- and multi-field optimized plans for proton beam therapy of unilateral head and neck target volumes. Radiat Oncol 2017, 12:190
M. Cubillos-Mesías, M. Baumann, E.G.C. Troost, F. Lohaus, S. Löck, C. Richter, K. Stützer
(See online at https://doi.org/10.1186/s13014-017-0931-8) - PO-0819: Robustness evaluation of single- and multifield optimized proton plans for unilateral head and neck. Radiother Oncol 2017, 123(S1) S438-9
M. Cubillos Mesías, E.G.C. Troost, S. Appold, M. Krause, C. Richter, K. Stützer, M. Baumann
(See online at https://doi.org/10.1016/S0167-8140(17)31256-2) - Verfahren und Datenverarbeitungssystem zur Bestimmung des Einflusses von zu erwartenden Abweichungen in der Patientenpositionierung als Setup-Fehler bei der Strahlentherapie mit aktiv gescannten Partikelstrahlen. DE 10 2017 207 268.7
K. Stützer, M. Baumann, C. Richter
