Optimierte Applizierung von intensitätsmodulierter Strahlentherapie

Abstract

A method for the delivery of intensity modulated radiotherapy (IMRT) with a multileaf collimator (MLC) by means of static multileaf modulation is presented. A sequencing algorithm (sequencer) was developed which bears the following characteristics:

A new method of approximizing the optimized, freely modulated fluence weight distributions by deliverable ones was developed. In particular, the strategy aims at minimizing the introduced modifications by using variable fluence weight increments instead of equidistant levels for the approximation. A comparison with the conventional strategy for several test cases demonstrates the superiority of the method.

A new approach of determining the series of segments for the application of the deliverable treatment plan was developed. It was specifically designed for the MLC model used at the University Hospital of Tübingen (UKT), but the strategies developed for this specific MLC can also be applied to other designs in a slightly modified way. The method takes considerations about the shape and weight of the segments into account to force the algorithm to end up with reasonable segments from a technical and clinical point of view. Further strategies aim at eliminating the dosimetrically least important segments to reduce the treatment time.

The sequencer was integrated into the inverse planning algorithm developed at the UKT to be able to consider the series of segments during the optimization of the dose distribution. Modifications due to the sequencing are compensated for and the final dose distribution satisfies the dose prescription. The performance characteristics of inverse planning with the integrated sequencer demonstrate the potential to optimize treatment plans with respect to the quality of the dose distribution. Furthermore, it can be shown that our concept is superior to forward planning for complex cases and to conventional inverse planning in general.

Eine Methode zur Applizierung von intensitätsmodulierter Strahlentherapie (IMRT) mit einem Mulitlamellen-Kollimator (MLC) in Form von statischer Multilamellen-Modulation wird vorgestellt. Ein Segmentier-Algorithmus (Segmentierer) mit den folgenden Eigenschaften wurde entwickelt: Eine neue Approximations-Methode der optimierten, frei modulierten Fluenzgewichtsverteilungen wurde entwickelt. Die Strategie zielt durch die Verwendung von variablen anstatt von äquidistanten Fluenzstufen speziell auf die Minimierung der eingeführten Modifikationen ab. Ein Vergleich mit der konventionellen Strategie demonstriert die Überlegenheit unserer Methode. Ein neuer Ansatz zur Bestimmung der Segmente für die Applizierung eines bestrahlbaren Behandlungsplans wurde entwickelt. Er wurde speziell für den MLC-Typ, der am Universitätskrankenhaus Tübingen (UKT) verwendet wird, entwickelt. Allerdings können die entwickelten Straegien auch für andere Bauarten in einer geringfügig modifizierten Form verwendet werden. Die Methode berücksichtigt die Segmentformen und -gewichte um den Algorithmus zu veranlassen, eine aus klinischer und technischer Sicht vernünftige Anzahl an Segmenten zu erzeugen. Weitere Ansätze zielen auf die Beseitigung der dosimetrisch unwichtigsten Segmente ab, um die Behandlungszeit zu reduzieren. Der Segmentierer wurde in den am UKT entwickelten inversen Bestrahlungsplanungs-Algorithmus integriert, um die Segmente während der Optimierung der Dosisverteilung berücksichtigen zu können. Modifikationen aufgrund der Segmentierung werden dadurch kompensiert und die endgültige Dosisverteilung gehorcht der Dosisverschreibung. Die Eigenschaften von inverser Planung mit integriertem Segmentierer demonstrieren die Möglichkeiten, Behandlungspläne hinsichtlich der Qualität der Dosisverteilung zu optimieren. Zusätzlich läßt sich zeigen, daß unser Konzept dem der Vorwärtsplanung für komplexe Fälle und konventioneller Planung im Allgemeinen überlegen ist.