Protonentherapie von Lungentumoren: Logfile-basierte Dosisrekonstruktion zur klinischen Implementierung des Pencil-Beam-Scanning-Verfahrens

Einleitung
Bei der Protonentherapie von Lungentumoren mittels Pencil-Beam-Scanning (PBS) kann der Interplay-Effekt aus Protonenstrahl- und Zielvolumenbewegung zu Dosisabweichungen führen. Ob klinisch relevante Dosisparameter eingehalten werden, ist nicht vorhersehbar, weshalb PBS für Lungentumore in unserem Institut noch nicht klinische angewendet wird. Mit dieser Arbeit kann im Rahmen der Qualitätssicherung die tatsächlich applizierte Dosis nach jeder Fraktion rekonstruiert werden. Dies soll zunächst für die PBS-Bestrahlung von Patienten in freier Atmung, ohne Bewegungskompensation und mit Tumorbewegungen unter 5mm angewendet werden, da der Interplay-Effekt-Einfluss bei diesen Amplituden gering ist.
Material und Methoden
Die Dosisrekonstruktion erfolgt skript-basiert im Planungssystem Raystation (RaySearch Laboratories AB, Schweden). Durch Kombination der Maschinen-Logfiles der Protonen-Bestrahlungsanlage (IBA, Belgien), welche die Spotpositionen und applizierten Monitoreinheiten während der Bestrahlung mit einer zeitlichen Auflösung von 250 μs enthalten, der simultan gemessenen Atemkurve des Patienten (ANZAI, Japan) und den wöchentlichen 4D-CTs (Siemens Somatom Definition AS, Deutschland) werden alle Spots zeitlich den entsprechenden 4D-CT Atemphasen zugeordnet. Die daraus errechneten Dosisverteilungen pro Atemphase werden auf ein Referenz-CT deformiert, auf welchem die akkumulierte Dosis nach jeder Fraktion bewertet werden kann. (Abb.1)
Ergebnisse
Das Verfahren wurde an der Universitätsprotonentherapie Dresden (UPTD) implementiert und an klinischen Datensätzen eines ausgewählten Patienten getestet. Die Phasenaufteilung der Atemkurve erfolgt, konform zum Algorithmus des 4D-CTs, amplitudenbasiert (Abb.2). Pro Fraktion benötigt die Dosisnachberechnung etwa 10 min und ist somit praktikabel im klinischen Arbeitsablauf einsetzbar.
Derzeit wird die Methode experimentell an einem dynamischen Thorax-Phantom (CIRS, USA) validiert und die zeitliche Synchronisierung von Maschinen-Logfiles und Atemkurve überprüft. Die Behandlung erster Patienten mit diesem Verfahren ist für die zweite Hälfte dieses Jahres geplant.
Zusammenfassung
Mit der vorgestellten Methode ist es möglich, die applizierte Dosis nach jeder Fraktion zu rekonstruieren und die akkumulierte Dosis über die gesamte Behandlungsdauer zu kontrollieren. Somit können durch anatomische Änderungen und den Interplay-Effekt bedingte Dosisabweichungen erkannt und benötigte Schritte wie Planadaptionen eingeleitet werden.