Reduktion von Unsicherheiten und Optimierung in der Strahlenbehandlung von Lungentumoren mit Photonen und Protonen

Die Hochpräzisionsbestrahlung von Lungentumoren stellt die Strahlentherapie vor besondere Herausforderungen. Mit der Dichteinhomogenität der Thoraxregion verbundene dosimetrische Schwierigkeiten und die daraus resultierenden Dosisungenauigkeiten werden von der Beweglichkeit der Läsion überlagert. Des Weiteren wird die Situation durch die geringe Größe des Zielvolumens erschwert, sowohl da die dosimetrisch problematische Gewebegrenze einen relativ hohen Anteil am gesamten Zielvolumen einnimmt, als auch da die Intensitätsmodulation eine entsprechende Feinheit verlangt. In dieser Arbeit werden Möglichkeiten zur Reduktion von Unsicherheiten und zur Optimierung der Dosis in der Hochpräzisionsstrahlentherapie der Lunge vorgestellt. Eine Vergleichsstudie zwischen Monte-Carlo-Simulation und dem Collapsed Cone Algorithmus zur Dosisberechnung bestätigt die Hypothese, dass zur Erfüllung höchster dosimetrischer Genauigkeitsansprüche Monte-Carlo-Simulationen erforderlich sind. Sie werden in dieser Arbeit für alle Dosisberechnungen verwendet. Auch die Optimierung der Intensitätsmodulation erfolgt zur Minimierung des Konvergenzfehlers mit einem Monte-Carlo-Dosisalgorithmus. Bisherige Bestrahlungsstrategien verwenden eine dreidimensional konformale Bestrahlungstechnik (3DCRT), die eine inhomogene Dosisverteilung mit Dosisüberhöhung im Zentralbereich und Dosisabfall im Randbereich des Zielvolumens bewirkt. Durch die Einführung Monte-Carl- basierter intensitätsmodulierter Radiotherapie mit Photonen (IMRT) gelingt es, bei gleichbleibender Lungenbelastung die Dosis in den Randbereichen des Zielvolumens anzuheben und so die Dosis im Zielvolumen gegenüber dem bisherigen Konzept insgesamt zu homogenisieren und damit die strahlenbiologische Wirkung zu verbessern. Im Vergleich dazu kann mit der Einführung Monte-Carlo- basierter intensitätsmodulierter Protonentherapie (IMPT) bei homogener Dosis im Zielvolumen die Lungenbelastung substantiell reduziert werden und somit die therapeutische Wirkung bei gleichzeitiger Verringerung der Nebenwirkungen verbessert werden. Eine in die Evaluation einbezogene Vergleichstudie des strahleninduzierten Sekundärmalignomrisikos bestätigt die Überlegenheit der Protonentherapie in der Präzisionsbestrahlung der Lunge auch in dieser Hinsicht. Aufgrund der Wechselwirkungen der Protonenstrahlung im Gewebe und der dadurch hervorgerufenen Ausbildung des Bragg Peaks am Ende der Reichweite ist es für die Verwendung der Protonenstrahlung in der Thoraxregion mit ihren ausgeprägten Dichteinhomogenitäten und der Gewebebeweglichkeit essentiell, die Unsicherheiten in der IMPT zu minimieren. Dazu wird ein Optimierungsalgorithmus für die Ermittlung der idealen Einstrahlwinkel an die besondere Situation im Thoraxbereich angepasst. Darüber hinaus werden Parameter für die Positionierung der Bragg Peaks schmaler Protonennadelstrahlen (Spots) untersucht und geeignet festgelegt. Auf diese Weise werden Unsicherheiten in der Protonentherapie der Lunge bereits in der Planungsphase vor der Optimierung adressiert und planimmanent reduziert