The equivariant Ehrhart theory of polytopes with order-two symmetries

We study the equivariant Ehrhart theory of families of polytopes that are invariant under a non-trivial action of the group with order two. We study families of polytopes whose equivariant $H^*$-polynomial both succeed and fail to be effective, in particular, the symmetric edge polytopes of cycles and the rational cross-polytope. The latter provides a counterexample to the effectiveness conjecture if the requirement that the vertices of the polytope have integral coordinates is loosened to allow rational coordinates. Moreover, we exhibit such a counterexample whose Ehrhart function has period one and coincides with the Ehrhart function of a lattice polytope.Comment: 16 page

Clostridium difficile-associated diarrhea in radiooncology: an underestimated problem for the feasibility of the radiooncological treatment?

Background and Purpose Over the last years an increasing incidence of Clostridium difficile-associated diarrhea (CDAD) has been reported. Especially haematology-oncology patients are at risk of developing CDAD. The aim of this analysis is to determine the incidence of CDAD in radiooncological patients and to find out what relevance CDAD has for the feasibility of the radiooncological treatment, as well as to detect and describe risk factors. Patients and Methods In a retrospective analysis from 2006 to 2010 34 hospitalized radiooncological patients could be identified having CDAD. The risk factors of these patients were registered, the incidence was calculated and the influence on the feasibility of the radiooncological therapy was evaluated. Induced arrangements for prophylaxis of CDAD were identified and have been correlated with the incidence. Results The incidence of CDAD in our collective is 1,6%. Most of the patients suffering from a CDAD were treated for carcinoma in the head and neck area. Common risk factors were antibiotics, proton pump inhibitors, cytostatic agents and tube feeding. Beside a high rate of electrolyte imbalance and hypoproteinemia a decrease of general condition was frequent. 12/34 patients had a prolonged hospitalization, in 14/34 patients radiotherapy had to be interrupted due to CDAD. In 21 of 34 patients a concomitant chemotherapy was planned. 4/21 patients could receive all of the planned cycles and only 2/21 patients could receive all of the planned cycles in time. 4/34 patients died due to CDAD. In 4/34 patients an initially curative treatment concept has to be changed to a palliative concept. With intensified arrangements for prophylaxis the incidence of CDAD decreased from 4,0% in 2007 to 0,4% in 2010. Conclusion The effect of CDAD on the feasibility of the radiotherapy and a concomitant chemotherapy is remarkable. The morbidity of patients is severe with a high lethality. Reducing of risk factors, an intense screening and the use of probiotics as prophylaxis can reduce the incidence of CDAD

Quasi-IMAT-Technique zur Erhöhung der Planqualität mit einer einzigen Gantryrotation

Einleitung Die Entwicklung verschiedener IMRT-Techniken wie Tomotherapie und intensitätsmodulierter Arc-Therapie (IMAT) hat in den letzten Jahren eine Erhöhung der Planqualität in der Strahlentherapie ermöglicht. IMAT wurde 1995 als eine Alternative zur Tomotherapie eingeführt. Derzeit erfolgt die klinische Anwendung der IMAT nur durch Vorwärtsplanung. Allerdings sind einige theoretische Annäherungsmethoden mit inverser Planung (z.B. Direct Aperture Optimization), entwickelt worden. Quasi-IMAT ist eine step-and-shoot Methode mit inverser Planung zur Simulation einer Rotationsmethode durch Erhöhung der Felderanzahl und gleichzeitiger Verringerung der Segmentanzahl pro Feld. In dieser Arbeit wird das Potential der Methode anhand von Untersuchungen am CarPet Phantom und fünf Prostatafällen zur Erhöhung der Planqualität untersucht. Material und Methoden Ein qIMAT Plan (mit 36 äquidistanten Feldern und 36 Segmenten) wurde mit dem Therapieplanungssystem Oncentra®MasterPlan für einen Siemens Primus Linearbeschleuniger mit einer Photonenenergie von 15MV erzeugt. Die Optimierung wurde mit der Option direct step-and-shoot durchgeführt. Ein IMRT-Plan mit 6 Feldern (und 36 Segmenten) wurde als Referenz benutzt. Für die Dosisberechnung wurde der Pencil Beam Algorithmus verwendet. Drei verschiedene Konkavitätsgrade des Zielvolumens (PTV) wurden untersucht: Das Carpet Phantom (hohe Konkavität), zwei Prostatafälle mit mittlerer Konkavität (Prostata mit Samenblasenbeteiligung) und drei Prostatafälle mit niedriger Konkavität (Prostata ohne Samenblasenbeteiligung). Zwei verschiedene Sätze von constraints und dose-objectives wurden für die Optimierung des Phantoms- bzw. Prostatafälle verwendet. Für die Optimierung wurden 60 Gy für das PTV gefordert. Als Auswertungsparameter für die Qualität der Pläne am CarPet Phantom wurden die gleichen Parameter benutzt, die in der IMRT-Studie der QUASIMODO-Gruppe veröffentlicht wurden [6]. In den Prostatafällen wurden die Homogenität (definiert als (D5-D95)/Dave), D99 und D1 für das PTV und D80 und D50 für die OARs (Rectum und Blase) ausgewertet. Aufgrund der großen Felderanzahl der qIMAT-Pläne ist die Bestrahlungszeit ein wichtiger zu untersuchender Parameter. Dafür wurden zwei extreme Fälle (6-Felder und qIMAT36, mit 36 Segmenten) für den Phantomfall bestrahlt. Ergebnisse Die OAR-Schonung verbessert sich deutlich bei Anwendung der qIMAT-Technik. Was das PTV betrifft, ist die Homogenität gleich geblieben.Zwei Pläne wurden zur Untersuchung der Bestrahlungszeiten bestrahlt. Der 6-Felder-Plan (475.6 MU) ergab 9 Minuten, der qIMAT36 (464.6MU) dauerte 12 Minuten. Der Beschleuniger benutzt die Option IMMAXX, wenn ein Feld mehr als ein Segment hat. Bei dieser Option bleibt die Strahlung zwischen den Segmenten eines Feldes an, nicht jedoch zwischen zwei Feldern. Diskussion und Schlussfolgerungen Die Ergebnisse zeigen, dass man mit qIMAT im Vergleich zum IMRT-Referenzplan eine bessere Schonung der Risikoorgane erreicht werden kann. Gleichzeitig bleibt die Homogenität der Dosis im Zielvolumen unverändert. Sowohl am CarPet Phantom als auch an den Prostatafällen ist diese Tendenz zu beobachten. Allerdings wird dieses Verhalten deutlicher, wenn der Grad der PTV-Konkavität zunimmt. Fälle mit hoher PTV-Konkavität profitieren von dieser Methode. Die Bestrahlungszeiten der Pläne mit 6 Feldern und qIMAT36 am CarPet Phantom ergaben vergleichbare Bestrahlungszeiten, wenn man berücksichtigt, dass die Option IMMAXX den 6- Felder-Plan begünstigt, da die Strahlung zwischen den Segmenten eines Feldes nicht abgeschaltet wird. Wenn das auch für den Fall mit 36 Feldern möglich wäre, würde sich die Bestrahlungszeit des qIMAT36 auf ca. 9 Minuten reduzieren. Der Vorteil der Quasi-IMAT-Methode ist, dass eine Verbesserung der Planqualität mit einem konventionellem Linearbeschleuniger und Therapieplanungssystem erreicht werden kann. Die Qualität ist bereits mit einer quasi- Rotation (36 Einstrahlrichtungen und 1Segment/Feld) besser als beim 6-Felder Plan

3-D reconstruction of anterior mantle-field techniques in Hodgkin's disease survivors: doses to cardiac structures

BACKGROUND: The long-term dose-effect relationship for specific cardiac structures in mediastinal radiotherapy has rarely been investigated. As part of an interdisciplinary project, the 3-D dose distribution within the heart was reconstructed in all long-term Hodgkin's disease survivors (n = 55) treated with mediastinal radiotherapy between 1978 and 1985. For dose reconstruction, original techniques were transferred to the CT data sets of appropriate test patients, in whom left (LV) and right ventricle (RV), left (LA) and right atrium (RA) as well as right (RCA), left anterior descending (LAD) and left circumflex (LCX) coronary arteries were contoured. Dose-volume histograms (DVHs) were generated for these heart structures and results compared between techniques. RESULTS: Predominant technique was an anterior mantle field (cobalt-60). 26 patients (47%) were treated with anterior mantle field alone (MF), 18 (33%) with anterior mantle field and monoaxial, bisegmental rotation boost (MF+ROT), 7 (13%) with anterior mantle field and dorsal boost (MF+DORS) and 4 (7%) with other techniques. Mean ± SD total mediastinal doses for MF+ROT (41.7 ± 3.5 Gy) and for MF+DORS (42.7 ± 7.4) were significantly higher than for MF (36.7 ± 5.2 Gy). DVH analysis documented relative overdosage to right heart structures with MF (median maximal dose to RV 129%, to RCA 127%) which was siginificantly reduced to 117% and 112%, respectively, in MF+ROT. Absolute doses in right heart structures, however, did not differ between techniques. Absolute LA doses were significantly higher in MF+ROT patients than in MF patients where large parts of LA were blocked. Median maximal doses for all techniques ranged between 48 and 52 Gy (RV), 44 and 46 Gy (LV), 47 and 49 Gy (RA), 38 and 45 Gy (LA), 46 and 50 Gy (RCA), 39 and 44 Gy (LAD) and 34 and 42 Gy (LCX). CONCLUSION: In patients irradiated with anterior mantle-field techniques, high doses to anterior heart portions were partly compensated by boost treatment from non-anterior angles. As the threshold doses for coronary artery disease, cardiomyopathy, pericarditis and valvular changes are assumed to be 30 to 40 Gy, cardiac toxicity must be anticipated in these patients. Thus, dose distributions in individual subjects should be correlated to the corresponding cardiovascular findings in these long-term survivors, e. g. by cardiovascular magnetic resonance imaging

Treatment Planning for Pituitary Adenomas - A Comparison of Flatness Filter Free and Flat Beam Plans

Introduction Radiotherapy of pituitary adenomas is often applied as postoperative therapy of tumors that cannot be removed completely. Fluence modulating techniques like IMRT or VMAT support the use of the flatness filter free (FFF) mode in modern linear accelerators. In this mode a considerably higher dose rate is achieved by omitting the flatness filter. This planning study compares different plans for patients with pituitary adenoma. The plans were optimized using both modes: flattened beam (FB) and FFF. The aim of this study is to evaluate the plan quality. Material and Methods Data sets of 11 patients with pituitary adenoma were used for this retrospective planning study. The objectives for the PTV were set to a minimum dose of 49.4Gy and a maximum dose of 51.4Gy in 28 fractions, aiming for a fraction dose of 1.8Gy. Further objectives were set for the following regions of interest (ROI): brain, brainstem, chiasm, and both lenses, bulbs, lacrimal glands, and parotids. The planning was performed with the treatment planning system (TPS) Oncentra External Beam v4.5 (Elekta AB, Sweden) using the collapsed cone algorithm. In both modes (FB and FFF) IMRT plans with nine equispaced coplanar fields were generated; in a second variant a tenth non-coplanar field was added. Similarly two VMAT plans were optimized: one single arc rotation (182°-178°), and the second with an added half rotation in the sagittal patient plane (0°-180°). The applied linac Synergy Agility (Elekta AB, Sweden) offers a dose rate of 550MU/min (FB) and 1700MU/min (FFF). The leaves have a width of 5mm projected to the isocenter. The following parameters were evaluated: the average dose DAv to the PTV, homogeneity index HI, and the conformity index CI. For all plans the observance of the objectives for the organs at risk given in table 1 was investigated. Results For both modes FB and FFF the dose volume statistics are very close. With some minor exceptions the objectives for the ROIs are met. Only the maximum dose to the chiasm is slightly exceeded in most cases, as it is part of the PTV. Regarding the PTV (HI and CI) pronounced differences are found in the comparison of IMRT and VMAT. The distinction between coplanar and non-coplanar techniques is less important. Discussion The difference in the plan quality of FB and FFF plans is of no clinical importance. A decision for the preferred treatment technique will therefore be taken based on measurements of the delivery time and peripheral dose which will follow. All non-coplanar techniques will require more linac time due to couch rotations without showing advantages in plan quality

Einfluss des Dosisberechnungsalgorithmus' und des Planungssystems auf die Qualität von Verifikationsplänen mit fluenzmodulierter Technik beim Prostatakarzinom

Einführung Die Qualität berechneter Dosisverteilungen von Verifikationsplänen hängt vom Algorithmus ab. In dieser Arbeit soll der Einfluss zweier Algorithmen - Monte Carlo-Algorithmus und Collapsed Cone - auf diese Qualität untersucht werden. Material und Methoden Für diese Untersuchung wurden IMRT- und VMAT- Pläne mit und ohne Ausgleichskörper für zehn Patienten mit lokalisiertem Prostatakarzinom erstellt. Im primären Plannungssystem (Oncentra, Fa. Elekta) wurden die Pläne optimiert und auf ein Phantom übertragen, das ein 2D-Array (MatrixxEvolution, Fa. IBA) enthielt. In diesem Phantom wurden die Verifikationspläne mit einem Collapsed Cone-Algorithmus berechnet. Anschließend wurden diese Pläne auf ein sekundäres Planungssystem übertragen (Monaco, Fa. Elekta) und dort unverändert mit einem Monte Carlo-Algorithmus nachgerechnet. Die berechneten Dosisverteilungen wurden mit den Messungen in diesem Phantom per Gamma-Index verglichen. Die Prozentsätze der positiv ausgewerteten Messpunkte wurden statistisch mit dem Wilcoxon-Test für verbundene Stichproben ausgewertet Ergebnisse Die Unterschiede zwischen beiden Algorithmen waren sehr klein. Ohne Ausgleichskörper gab es keinen signifikanten Unterschied, mit Ausgleichskörper war der Collapsed Cone-Algorithmus geringfügig besser bei IMRT, während bei VMAT ein ähnlich kleiner Vorteil beim Monte Carlo-Algorithmus lag. Ein IMRT-Plan konnte nicht nachgerechnet werden, da ein Feld nur aus einem Segment bestand, was vom sekundären System als unerlaubte Mischtechnik abgelehnt wurde. Diskussion und Schlussfolgerung Beide Planungssysteme stammen vom selben Hersteller; deshalb kann ein äquivalentes Qualitätsniveau angenommen werden. Das weitgehend homogene Phantom stellt nur eine kleine Herausforderung für beide Algorithmen dar. Mit kleinen Einschränkungen kann das sekundäre System für Nachrechnungen und damit als Verifikationssystem des primären Systems angewendet werden