In der Strahlentherapie sind in den letzten Jahren eine Reihe von Spezialtechniken eingeführt worden, die teilweise dezidierte Beschleuniger benötigen. Hierbei geht es meist um die Erhöhung der Genauigkeit der Behandlung in speziellen Situationen. Zu nennen sind hier bspw. – Gamma-Knife: Spezialgerät für die Behandlung von Hirntumoren – Cyber-Knife: Spezialgerät für die Behandlung kleiner Tumoren mit sehr hoher Genauigkeit (Stereotaxie, Achtung kann auch mit normalen Linacs durchgeführt werden) – MR-Guided Therapy: Bildgebung am Beschleuniger mit einen MRT -> deutliche Besserung Darstellung der Weichteile, bspw. des Tumore.
Lernziel: Machen sie sich die Funktionsweise und die Anwendungsgebiete dieser 3 Bereiche klar,
Die drei Geräte werden ihnen in den folgenden Filmen vorgestellt.
Versuchen Sie diese Einheit vollständig selbst zu erarbeiten…
1. Welche Strahlenschutzbereiche kommen in der Strahlentherapie vor? 2. Welches sind die wichtigsten Abschirmmaterialien? 3. Wofür verwendet man Paraffin? 4. Ab welcher Energie der Strahlung ist mit Aktivierungsprodukten zu rechnen? 5. Warum muss man einen 8-fachen Luftwechsel erreichen? 6. Was bedeutet primärer Strahlenschutz beim Bau eines Bunkers? 7. Dürfen Schwangere in den Bunker eines Linacs mit 10 MeV Maximalenergie? 8. Dürfen Schwangere in den Bunker eines Linacs mit 15 MeV Maximalenergie? 9. Welche Personendosimeter werden getragen? 10. Wie hoch waren in den letzten Jahren die ermittelten Personen-Dosen in unserer Klinik?
Das folgende Video zeigt ihnen einen kleinen Einblick in die Grundlagen der Protonen/Teilchentherapie.
Lernziele:
Wie wechsel wirken Teilen im Vergleich zu Photonen?
Welche nominellen Vorteile haben Teilchen gegenüber den Photonenstrahlen?
Wann können diese Vorteile in der Praxis ausgespielt werden? Wann nicht?
Welches sind die Herausforderungen/Schwierigkeiten der Teilchentherapie?
Wir machen jetzt einen “virtuellen” Rundgang durch das SCCA Protonen-Therapie-Zentrum in Seattle. Sie werden sehen, dass der prinzipielle Ablauf der Therapie (Lagerung, Planungs-CT, Bestrahlungsplanung, QA, On-Line Bildgebung usw) sehr große parallelen zur Photonen-/Elektronen Therapie haben, die sie in den vergangenen Kapiteln kennen gelernt haben. Schauen sie dich daher die folgenden Videos an, suchen sie parallelen und versuchen sie neue Dinge zu verstehen.
Die Brachytherapy (Brachy = griechisch “nah”) bringt die Strahler im Gegensatz zur bisher behandelten Teletherapie (Tele = griechisch “fern”) nah an oder sogar in den Tumor hinein. Zum Einsatz kommen dabei verschiedenste Strahlenquellen die bspw. robotergesteuert mittels Dees sogannten Afterloaders über Schläuche und Applikatoren in den Körper gefahren und nach einer gewissen Bestrahlungszeit wieder entfernt werden. Aber auch sogenannte “Seeds” dauerhaft strahlende, kleine Strahlenquellen die während einer kleinen Operation in den Körper gebracht werden, kommen zum Einsatz. Die Brachytherapie hat bei weitem nicht den Stellenwert der Teletherapie und wird bspw. im Pius-Hospital zurzeit nur bei gynäkologischen Tumoren mit dem Afterloadingverfahren eingesetzt. Seed-Implantationen werden bei uns nicht durchgeführt. Trotzdem sollen beiden Techniken hier kurz vorgestellt werden.
Lernziele:
Was ist Brachytherapie? Welche Techniken kommen zum Einsatz?
Welche Vor/Nachteile hat diese Technik im Vergleich zur Teletherapie?
Das erste Video zeigt ihnen den sogenannten Afterloader.
Bei der Seed-Implantation werden dem Patienten radioaktive Quellen implantiert, die dann dauerhaft im Körper verbleiben. Als nächstes sehen sie einen Info-Film des NDR (kurz und bündig…und für dieses Praktikum zunächst ausreichend)
n der Klinik stellt die Dosimetrie die Grundlage für die korrekte und hochgenaue Behandlung der Patienten dar.
Die Dosimetrie ist jedoch wahrscheinlich auch die Disziplin in der Behandlungskette in der die Thematik am nächsten an der traditionellen “Modernen Physik” ist. So werden für die Beschreibung der Wechselwirkungsprozesse der Strahlung mit Materie atom- und kernphysikalische Grundlagen benötigt. Ionisationskammern, die wichtigsten Detektoren in der Dosimetrie sind im Prinzip luftgefüllte Kondensatoren deren Feldverlauf natürlich durch die Elektrodynamik beschrieben wird. Schliesslich sind moderne Festkörperdetektoren, wie etwa Radiochromfilme nur mit Methoden der Molekülphysik zu verstehen und fallen moderne Halbleiterdetektoren natürlich in den Bereich der Festkörperphysik.
Die Dosimetrie ist zudem unser Haupt-Forschungsbereich und wird sie daher wie selbstverständlich während ihrer Zeit bei uns begleiten.
Lernziele:
1. Machen sie sich die ‚Mutter aller Formeln‘ (Berechungsvorschrift für die Absolutdosimertrie) der Dosimetrie klar. Was bedeuten die einzelnen Korrektur- und Störfaktoren. 2. Welche nationalen und internationalen Normen und Richtlinien werden für die Dosimetrie verwendet? 4. Wie ist der Aufbau und die Funktionsweise einer Ionisationskammer, einer Diode und eines Diamantdetektors 5. Wie ist der Ablauf einer IMRT-Plan Verifikation? 6. Was versteht man unter dem Gamma-Index, wie wird er verwendet um einen Plan zu verifizieren?
Prinzipiell unterscheidet man drei Bereiche:
1) Die Referenz/Absolutdosimetrie: hier geht es darum die Dosis an einem Referenzpunkt mit höchster Genauigkeit (weit unter 1%) zu bestimmen.
2) Die Relativdosimetrie: hier geht es darum die Dosis “relativ” zu einem Referenzpunkt (häufig identisch mit dem von 1) zu bestimmen. Hier werden typischerweise sogenannte Dosisprofile, Tiefendosiskurven oder Outputfaktoren bestimmt.
Bereiche 1 und 2 werden auch während des sogenannten Beam-Commissioning verwendet. In diesem ausgiebigen Messphasen werden die Beschleuniger sehr genau vermessen und die Ergebnisse in die Bestrahlungsplanungssysteme integriert, damit diese dann die tatsächliche Dosis im Patienten berechnen können. Allerdings kann aufgrund der Komplexität der modernen Techniken nicht davon ausgegangen werden, dass jede erdenkliche Bestrahlungssituation auch korrekt berechnet werden kann. Daher kommt eine dritte Methode zum Einsatz:
3) Mehrdimensionale Planverifikation: In diesem Ansatz werden komplette Patientenpläne mit Hilfe von ortsauflösenden Detektoren nachgemessen. Für diesen Bereich kann man auch den Begriff “Dose-Imaging” verwenden.
Wasserphantome (Dosimetrische Aufgaben 1 und 2)
Bevor wir uns um die Theorie kümmern, schauen wir uns ein paar Videos an. Sie haben im Kapitel Qualitätssicherung erfahren, dass das Wasserphantom ein wesentliches Werkzeug für den Physiker ist um Beamprofile und Dosisverteilungen in Richtung der Tiefe (sogenannte Tiefendosiskurven) zu messen. In den folgenden Videos stellen einige Firmen ihre Wasserphantome vor. Es ist weniger wichtig auf die Spezifika der einzelnen Phantome zu achten. Schauen sie vielmehr auf das Prinzip: – ein Wassertank wird unter dem Linac positioniert – Wasser wird eingefüllt (Problem, steht das Phantom gerade, wo ist die Wasseroberfläche) – ein Detektor wird in das Wasser eingebracht und robotisch durch das Strahlungsfeld bewegt und dann hochauflösend an vielen Positionen die Dosis bestimmt.
Wichtig ist dabei, dass solche Messungen sehr lange dauern können (durchaus im Bereich von Wochen, um einen Beschleuniger komplett “einzumessen”). Daher ist die Effizienz dieser Messung ein weiteres Feature, dass die Hersteller verbessern wollen.
2D-Dosisverifikation: Die dritte große Gruppe dosimetrischer Aufgaben ist die mehrdimensionale Messung der Dosisverteilung (Dose-Imaging). Die Messungen werden dann mit entsprechenden Rechnungen aus dem Planungssystem verglichen und dann bewertet. Ist die Übereinstimmung hoch genug, kann der Plan bestrahlt werden. Daher wird diese Verifikation typischerweise vor der ersten Bestrahlung des Patienten gemacht.
Im folgenden werden sie auch hier einige Videos der wichtigsten Anbieter sehen. Wie bereits bei den Wasserphantomen gilt, dass die Unterschiede eher in den Nuancen zu finden sind.
https://youtu.be/Sxoy4ffKK60
Lesen sie zur Vertiefung nur Kapitel 13 des Buches 3D-Conformal Radiotherapy. In Abschnitt 13.5. brauchen sie nur bis zum Abschnitt “Tissue-Phantom-Ratio” lesen.
Die Qualitätssicherung stellt einen integralen Bestandteil der Behandlungskette dar und ist ein wesentlicher Bereich in der die Medizinische Physik einen großen Teil der Verantwortung trägt. Es gibt zahlreiche DIN-Normen, Leitlinien und Empfehlungen zur Durchführung der Qualitätssicherung. Ziel ist es dabei immer zu gewährleisten, dass der Patient über mehrere Wochen immer so reproduzierbar wie möglich behandelt werden kann. Dafür ist es von herausragender Wichtigkeit, dass die Geräteparameter immer konstant bleiben…so soll etwa eine Feldgröße von 10 x 10 cm auch immer “genau” (innerhalb gewisser Toleranzen) diese Größe haben. Auch muss ein Patient, der pro Tag bspw. eine Dosis von 2Gy erhalten soll, diese auch exakt (im Bereich von möglichst besser als 1%) erhalten.
Für den Fall, dass sie bei uns als Student arbeiten sollten stellen Checks zur Qualitätssicherung einen Großteil ihrer Aufgaben dar. Sie werden diese Arbeit auch in Lernmodulen kennen lernen.
Lernziele:
Warum betreibt man Qualitätssicherung?
Welches sind typische Checks, die durchgeführt werden müssen?
Versuchen sie einmal heraus zu bekommen, welche DIN-Normen in Deutschland die Qualitätssicherung in Deutschland regeln? (Tip: Schauen sie einmal in der “Richtlinie Strahlenschutz in der Medizin”)
In diesem Kapitel möchten wir ihnen ein Gerät näherbringend, dass in den nächsten Jahren keine wesentliche Rolle mehr in der Strahlentherapie spielen wird. Aufgrund der guten Bildgebung am Beschleuniger ist es wesentlich genauer ein aktuelles CT des Patienten, dass am Beschleuniger aufgenommen wurde mit dem Planungs-CT zu vergleichen. Trotzdem soll der Röntgen-Simulator aufgrund seiner historisch wichtigen Relevanz hier vorgestellt werden.
Der Linearbeschleuniger stellt die wichtigste Strahlenquelle in der modernen Radioonkologie dar. Weltweit sind viele tausend Geräte im Einsatz. Im folgenden Kapitel beschäftigen wir uns daher uns daher mit dessen Aufbau und Anwendungsbeispielen.
Lernziel/Lernfragen:
1. Machen sie sich den Aufbau eines Beschleunigers klar. 2. Welche Teilchen kommen zum Einsatz? 3. Was ist die Aufgabe der Monitorkammern, wie funktionieren sie? 4. Was versteht man unter ‚MV-‚ und ‚kV-‚ Bildgebung? Wie und warum wird diese eingesetzt? 5. Was ist Gating, wofür braucht man hier 4D-CTs, was ist Breath-and-Hold, wie funktionieren Techniken die ein Spirometer verwenden?
Wir beginnen mit einem Film über einen unserer Linacs, dem Elekta Synergy…
Und hier ein 3D-Foto eines Bestrahlungsraumes in unserer Klinik.
Neben dem Beschleuniger und dem MLCs spielt die Bildgebung eine immer größer werdende Rolle am Beschleuniger… daher sollen die nächsten Videos ihnen nochmals diese Technik etwas näher bringen.
Dieses Video vertieft das Thema im „historischen“ Kontext…
Die Bestrahlungsplanung ist eines des wesentlichen Tätigkeitsfelder für MPEs. In diesem Abschnitt lernen sie daher die Grundlagen der Bestrahlungsplanung kennen. Planen sie bitte zur Bearbeitung ausreichend Zeit ein.
Zum Einsatz kommen wieder Videos, Buchkapitel und erstmals auch sogenannte Standard-Operating-Procedures (SOP, deutsch Verfahrensanweisungen). Diese müssen von allen Kliniken angelegt werden und beschreiben, wie die Standard-Therapie eines bestimmten Tumors in der jeweiligen Klinik aussehen soll. Gerade die Videos zu den Beispielplanungen geben ihnen einen sehr guten Einblick in die praktischen Abläufe. Wir verwenden übrigens das gleiche Planungssystem.
Ab sofort werden sie mehr Dinge selber nachlesen müssen. Wir werden ihnen natürlich Literatur an die Hand geben.. fühlen sie sich aber “frei” auch im Netz zu suchen.
Lernziele/Lernfragen: 1. Was versteht man unter 3D/konformer Therapie, IMRT, Step-and-Shoot, VMAT, Dynamic Arc und stereotaktischer Bestrahlung? 2. Auf welche ‚Punkte‘ bzw. Bereiche wird typischerweise in der Bestrahlungsplanung dosiert? 3. Was sind DVHs, wozu werden sie eingesetzt? 4. Welche Grenzdosen müssen für Risikoorgane beachtet werden? 5. Versuchen Sie zu definieren, was einen guten Plan ausmacht… 6. Schauen sie sich typische Behandlungstechniken und Dosierungsschemata für folgende Entitäten an: – Hirn – HNO – Brust – Thorax – Prostata
Im folgenden können sie einige “unserer” Standards im Pius-Hospital nachlesen. Versuchen sie diese sogenannten SOPs zu verstehen.
Das folgende Dokument fasst einige Toleranzdosen der Risikoorgane zusammen. Diese orientieren sich typischerweise (aber nicht immer) an einer 5%igen Nebenwirkungswahrscheinlichkeit in den nächsten 5 Jahren.
Während des Konturierungsprozesses werden die zu bestrahlenden Regionen und die zu schonenden Risikoorgane konturiert. Auch wenn in zunehmenden Maße automatische Konturierungsalgorithmen zum Einsatz kommen, wird der Großteil der Organe zurzeit noch per Hand konturiert.
Lernziele: 1. Was versteht man unter BTV, GTV, ITV, CTV, PTV, in welcher Richtlinie wurden diese definiert. 2. Welche Risikoorgane sind bei folgenden Tumoren im Allgemeinen zu konturieren – Hirn – HNO – Brust – Thorax – Rektum – Prostata – Extremitäten
Zunächst kann man bei Risikoorganen zwischen “seriellen” und “parallelen” / “volumetrischen” Organen unterscheiden. Dies hat Auswirkungen auf die jeweiligen Toleranzdosen der Organe und wird im folgenden Video verdeutlicht:
Für nähere Informationen über die Risikoorgane und für das spätere Durcharbeiten der Lernmodule dieser Webseite, schauen Sie in das Buch “Delineating Organs at Risk in Radiation Therapy”:
Dieses Video gibt ihnen einen kleinen Einblick in die praktische Tätigkeit des Konturierens.
Bitte lesen Sie zur Vertiefung Kapitel 3 des Buches 3D-Radiotherapy
