Strahlentherapie Grundlagen + Strahlentherapie, Weitergabeskript

1. Einführungsvorlesung Kursus für Radiologie
einschließlich Strahlenschutzkurs SS 2009
Prof. Dr. Thomas G. Wendt
Direktor der Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie
Stand: 16.4.2007
Diagnostische Radiologie
Strahlentherapie und Radioonkologie
Nuklearmedizinische Diagnostik und Therapie
Stand: 22.4.2009 Friedrich-Schiller
Universität Jena

2. Röntgenverordnung = Röntgenstrahlen bis 1 MeV
Strahlenschutzverordnung = Röntgenstrahlung über 1 MeV
Definitionen
Gesetzliche Regelungen für den
Umgang mit ionisierender Strahlung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

3. Röntgenverordnung (diagnostisch und therapeutisch!)
yRöntgen/- Gammastrahlen bis 1 MeV Energie
Strahlenschuztverdnung bei Strahlentherapie mit
y umschlossenen radioaktiven Strahlern (unabhängig von der Energie)
y offenen radioaktiven Strahlern (unabhängig von der Energie)
y künstlich erzeugten ionisierenden Strahlen (Photonen,
Elektronen, Protonen) in Linear-Beschleunigern über 1 MeV
Definitionen Welche Verordnung gilt für welche Strahlen
bei der Therapie?
Friedrich-Schiller
Universität Jena

4. Definitionen von umschlossenen und
offenen Radionukliden (in der Medizin)
yUmschlossene Radionuklide Î Strahlentherapie
„...ständig von einer allseits dichten, festen, inaktiven Hülle
umschlossen,...eine Abmessung mindestens 2 mm.“
Strahlenschutzverordnung StrlSchV vom 20.7.2001, § 3 Begriffsbestimmungen
yOffene Radionuklide Î Nuklearmedizin
„...alle radioaktiven Stoffe mit Ausnahme der umschlossenen
radioaktiven Stoffe.“
Definitionen
Friedrich-Schiller
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5. Klinik:
Strahlentherapie /Radioonkologie:
y Röntgen /- Gammastrahlen bis 1 MeV Energie
y umschlossene radioaktive Strahler (Brachytherapie)
y Röntgenstrahlen und Elektronen,
künstlich erzeugt in Beschleunigern über 1 MeV
Definitionen
Nuklearmedizinische Diagnostik und Therapie:
yAnwendung von offenen radioaktiven Strahlern
Welche Strahlen setzen wir in der Klinik ein?
Friedrich-Schiller
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6. Strahlentherapie
= Radiotherapie
Begriffe
Methodischer Begriff
Strahlentherapie
= ganz allgemein, für
benigne und maligne
Erkrankungen
Klinischer Begriff
Radioonkologie
= Therapie maligner
Tumoren durch
ionisierende Strahlung
Einsatz ionisierender Strahlung in der Medizin
Friedrich-Schiller
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7. Strahlentherapie bei benignen
Erkrankungen: Hypophysenadenom
Indikationen
Milker-Zabel S et al. IJROBP 2001; 50: 1279-1286
10 Jahre progressionsfrei 85%
Friedrich-Schiller
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8. Keine erneute Ossifikation
6 Monate nach
Endoprothesenwechsel
Strahlentherapie bei benignen
Erkrankungen:
Prophylaxe einer heterotopen Ossifikation
Radiotherapie mit
1 x 7 Gy
Indikationen
Friedrich-Schiller
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Heterotope Ossifikation
nach Implantation einer
Totalendoprothese

9. Kernspintomographie (MRT), frontale Rekonstruktion
Strahlentherapie bei benignen
Erkrankungen:
Endokrine Orbitopathie mit Verdickung der
Augenmuskeln bei M. Basedow
Indikationen
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10. Strahlentherapie bei benignen
Erkrankungen:
akute Entzündung am muskulo-skelettalen
System: Fersensporn
Indikationen
Bestrahlung mit 150 KV
Röntgenstrahlen:
6 mal 0,5 Gy in 2 Wochen
80 % Langzeiterfolg
Wesentliche Besserung
oder vollständige
Rückbildung der
Schmerzsymptomatik
Friedrich-Schiller
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11. Therapeutische Prinzipien der Onkologie
Krebstherapie =
interdisziplinäre Therapie
C
h
i
r
u
r
g
i
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R
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o
t
h
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,
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d
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r
a
p
y
Indikationen Strahlentherapie maligner Erkrankungen
= Radioonkologie
Friedrich-Schiller
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12. kurativ
dauerhafte Heilung von
einer Krebserkrankung
gemessen an:
5- oder 10-
Jahresüberlebensraten
Oder
Progress-freiem
Überleben
(Kaplan-Meier-Kurven)
palliativ
yLinderung und
Vermeidung von
Symptomen wie
Schmerzen, Schluck-
beschwerden,
Frakturgefahr (scores)
yErhaltung und
Verbesserung der
Lebensqualität (scores)
Ziele der Strahlentherapie in der
Krebsbehandlung
Indikationen
Friedrich-Schiller
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13. Strahlen-
therapie
12%
Chirurgie
22%
6%
5%
Chemo-
therapie Quelle: Europ. Union
45 % aller Krebspatienten
werden geheilt (Kurativtherapie)
Anteil der Methoden
Indikationen
Friedrich-Schiller
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14. Chirurgie
Strahlen-
therapie
60-70 %
Chemo-
therapie
50-70 %
Quelle: Europ. Union
55 % aller Krebspatienten werden
nicht geheilt (Palliativtherapie)
Anteil der Methoden
Indikationen
Friedrich-Schiller
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15. Interdisziplinäres Tumorkonsilium
Tumor-Chirurg
Operation
Strahlentherapeut
Radiotherapie
Medizinischer
Onkologe
zytostat. Therapie
Labormediziner
Tumormarker
Pathologe
Diagnose/Stadium
spezielle Disziplinen: Med. Psychologie,
Palliativmedizin, Schmerzmedizin,
Ophthalmologie, Orthopädie, …
Nuklearmediziner
Szintigraphie/Stadium
nuklearmed. Therapie
Patient
Indikationen
Friedrich-Schiller
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16. Arten von Strahlentherapie
yTeletherapie = weiter (griech.:„tele“) Abstand
zwischen Strahlungsquelle und Zielvolumen,
Strahlenquelle ausserhalb des Körpers, perkutan
(von 15 cm bis (häufig) 1 Meter, selten 2-3 Meter)
International Commission on Radiation Units 38/1985, 58/1997
yBrachytherapie = kurzer („brachy“) Abstand
zwischen Strahlungsquelle und Zielvolumen
Strahlenquelle im Gewebe oder Hohlraum
(Millimeter bis wenige Zentimeter)
Technik
Friedrich-Schiller
Universität Jena

17. in der klinischen Strahlentherapie
(Teletherapie) verwendete
Strahlenarten
yPhotonen = ultraharte Röntgenstrahlen 4 - 25 MV
yBetastrahlen = Elektronen 6 – 21 MeV
allgemein verfügbar
experimentell /klinische Forschung, spez. Indikationen
yProtonen
ySchwere Ionen (Carbon, Neon, Argon, Sauerstoff etc.)
yNeutronen, Pionen, Mesonen etc.
Technik
Friedrich-Schiller
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18. Konventionelle Röntgenröhre
Röntgenstrahlen bis 150 KV
Linearbeschleuniger (LINAC)
Photonen 6-15 000 KV = 6-15 MV
und Elektronen
Technik Geräte für die Teletherapie
Friedrich-Schiller
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19. Arbeitsgemeinschaft
Bevölkerungsbezogener
Krebsregister in
Deutschland 2004
Tiefendosiskurven von ultraharter
und konventioneller Rö-Strahlung
PHOTONEN: Je höher die Energie der Strahlung, umso höher die Eindringtiefe
15 MV
8 MV
6 MV
Telekobalt-Gammastrahlen
konventionelle Rö-Strahlung
Technik
ultraharte Rö-Strahlung
Tiefendosisverteilung im Wasserphantom
Friedrich-Schiller
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20. ELEKTRONEN-Strahlung: Je höher die Energie,
umso höher die Eindringtiefe (Tiefe der 80 % Isodose)
80 %
21 MeV Elektronen: 7 cm
18 MeV Elektronen: 6 cm
15 MeV Elektronen: 5cm
12 MeV Elektronen: 4 cm
9 MeV Elektronen: 3 cm
6 MeV Elektronen: 2 cm
Tiefendosisverteilung im Wasserphantom
Technik Tiefendosiskurven von Elektronen
PHOTONEN: theoretisch unendliche Reichweite
ELEKTRONEN: endliche (definierte) Reichweite
Friedrich-Schiller
Universität Jena

21. Mortier L et al. Arch Dermatol 2003; 139: 1587-90
Merkelzell-Karzinom
vor und nach RT mit 60 Gy
Technik Klinische Anwendung von Elektronen
Friedrich-Schiller
Universität Jena

22. Arten von Strahlentherapie
International Commission on Radiation Units 38/1985, 58/1997
Technik
yBrachytherapie = kurzer („brachy“) Abstand
zwischen Strahlungsquelle und Zielvolumen
Strahlenquelle im Gewebe oder Hohlraum
(Millimeter bis wenige Zentimeter)
yTeletherapie = weiter (griech.:„tele“) Abstand
zwischen Strahlungsquelle und Zielvolumen,
Strahlenquelle ausserhalb des Körpers, perkutan
(von 15 cm bis (häufig) 1 Meter, selten 2-3 Meter)
Friedrich-Schiller
Universität Jena

23. 2 Formen der Brachytherapie
yPermanentimplantat
yAfterloading - (= Nachlade) verfahren
Afterloading:
yEinlage eines Katheters (Hohlsonde)
in das Zielvolumen oder Organ (ggf. chirurgisch)
ynach Lagekontrolle mechanische Beladung
des Katheters mit radioaktiver Quelle 10-15 min
Vorteil: keine Strahlenexposition des Personals
Permanentimplantat:
(lebenslang) radioaktiver Strahler im Körper
Technik
Friedrich-Schiller
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24. yniedrig (low dose rate) 0,4-2,0 Gy/h
125 Jod
International Commission on Radiation Units 38/1985, 58/1997
Dosisleistungen verschiedener Radionuklide
(umschlossene Strahler) in der Brachytherapie
Technik
d.h. für eine kumulierte Gesamtdosis von 100 Gy muss der
radioaktive Strahler 50 bis 250 Stunden im Gewebe/Organ verbleiben
Î Permanentimplantat
Friedrich-Schiller
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25. 125 Jod-Seeds für Permanentimplantat
(niedrige Dosisleistung)
Technik
125- Iod-Seed
Aufbau: radioaktiver Kern und inaktive Hülle aus Titan
125- Iod-Seed
Größer als 2 mm, daher umschlossener radioaktive Strahler,
Radiotherapie, nicht Nuklearmedizin Friedrich-Schiller
Universität Jena

26. Interstitielle Brachytherapie: welches Organ?
Permanentimplantat
Technik
Permanentes Implantat
mit 125 Jod-Seeds Friedrich-Schiller
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27. Interstitielle Brachytherapie bei Prostatakarzinom
Permanentimplantat
Technik
Permanentes Implantat
mit 125 Jod-Seeds Friedrich-Schiller
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28. Dosisleistungen verschiedener Radionuklide
(umschlossene Strahler) in der Brachytherapie
yhoch (high dose rate) > 12 Gy/h
192 Iridium
International Commission on Radiation Units 38/1985, 58/1997
Technik
d.h. für eine Einzeldosis von 6 Gy muss der
radioaktive Strahler 3 bis 6 Minuten im Gewebe/Organ verbleiben
Typischerweise 3 – 10 Applikationen (Fraktionen)
Î Temporäres Implantat = Afterloading-Technik
Friedrich-Schiller
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29. High-dose-rate
Brachytherapie:
Umschlossene
radioaktive
Quelle 192 Iridium
Physikal. HWZ: 70 Tage
Energie: 660 KeV
Radioaktive Quelle für Brachytherapie
in Afterloading- (Nachlade -) Technik
yintracavitär
yinterstitiell
Technik
1 x 4 mm
Friedrich-Schiller
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30. Tresor für radioaktive Quelle
Technik Geräte für die Brachytherapie
in Afterloading - (Nachlade -) Technik
1. Positionierung des inaktiven, leeren Katheters
2. Einfahren der radioaktiven Quelle aus dem Tresor in die Katheter
3. Nach Ereichen der berechneten Dosis Rückführung der
radioaktiven Quelle aus dem Körper in den Tresor
Friedrich-Schiller
Universität Jena

31. Intracavitäre high-dose-rate-
Afterloading-Bestrahlung mit 192 Iridium
beim inoperablen Zervixkarzinom
1 Sonde für Radionuklid 192 Iridium
2 Sonde im Rektum mit Dosimetern
3 Sonde in der Blase mit Dosimeter
2
1
3
Technik
Friedrich-Schiller
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32. Technik Intracavitäre high-dose-rate-
Afterloading-Bestrahlung mit 192 -Iridium
beim endoluminal wachsenden
Bronchialkarzinom
Friedrich-Schiller
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33. Dreier wolfgang
Technik Interstitielle high-dose-rate-
Afterloading-Bestrahlung mit 192 Iridium
beim Mundbodenkarzinom
Friedrich-Schiller
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34. Technik Interstitielle high-dose-rate-
Afterloading-Bestrahlung mit 192 Iridium
beim inkomplett operierten Hals
Friedrich-Schiller
Universität Jena

35. Technik Interstitielle high-dose-rate-
Afterloading-Bestrahlung mit 192 Iridium
beim Gallengangskarzinom
Friedrich-Schiller
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36. Technik Interstitielle high-dose-rate-
Afterloading-Bestrahlung mit 192 Iridium
beim Mammakarzinom
Ablauf der Implantation der inaktiven Katheter in das Tumorbett
Friedrich-Schiller
Universität Jena

37. Technik Interstitielle high-dose-rate-
Afterloading-Bestrahlung mit 192 Iridium
beim Mammakarzinom
Tresor mit radioaktiver Quelle
192-Iridium 1 mal 4 mm
Bestrahlung über 14 Katheter
Praktische Durchführung der interstitielle Teilbrustbestrahlung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

38. Genaue und reproduzierbare Lagerung
des Patienten während einer
mehrwöchigen Strahlentherapie
(Teletherapie)
Immobilisierung
Friedrich-Schiller
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39. Lagerungshilfen in
der Strahlentherapie von
Tumoren der
Extremitäten
Immobilisierung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

40. Daily set up error
of patients in
light-cast face masks
n = 20
27
N =
LONG
4
3
2
1
0
-1
N =
3
2
1
0
-1
27
Lateral Kopf
N =
2
1
0
-1
34
Vertikal Kopf
lateral at level of
atlanto-occipital joint
1.11 ± 0.68 mm
longitudinal
1.55 ± 1.34 mm
ventro-dorsal
0.53 ± 0.54 mm
Immobilisierung
Immobilisierung mittels Gesichtsmaske
Friedrich-Schiller
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41. Lagerung zur Schonung von Dünndarm
bei der Radiotherapie eines Rektumkarzinoms
Immobilisierung
Friedrich-Schiller
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42. rigide Lagerung
mittels Ring
(Einzeitbestrahlung=
Radiochirurgie)
Fixierung
mittels Maske
(Fraktionierte Bestrahlung)
Immobilisierung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

43. Immobilisierung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

44. Lagerung in der stereotaktischen Maske
Einstellung nach dem Lokalizer
Immobilisierung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

45. 3 D-Bestrahlungs-
planung
Bestrahlungsplanung
anatomisch - physikalisch
biologisch = Fraktionierung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

46. anatomisch - physikalische
Bestrahlungsplanung
yComputertomographie
yKernspintomographie (MRI)
yklinische Befunde
3 D-Bestrahlungs-
planung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

47. anatomisch - physikalische
Bestrahlungsplanung
yAuf der Basis der Computertomographie
3 D-Bestrahlungs-
planung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

48. 3 D-Bestrahlungs-
planung Multiple Metastasen: Ganzhirnbestrahlung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

49. 3 D-Bestrahlungs-
planung Solitäre Metastase: lokalisierte Bestrahlung
Friedrich-Schiller
Universität Jena

50. 3 D-Bestrahlungs-
planung
anatomisch - physikalische
Bestrahlungsplanung
y3 D- rekonstruiertes Computertomogramm – Prostata CA
Friedrich-Schiller
Universität Jena

51. 3 D-Bestrahlungs-
planung
Stereotaktische Bestrahlung
eines Schädelbasistumors
Friedrich-Schiller
Universität Jena

52. 3 D-Bestrahlungs-
planung
Tumorausdehnung nach MRT und
Positronenemissionstomographie (PET )
Friedrich-Schiller
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53. 20011135
Positronenemissionstomographie (PET)
mit 18-Fluor-Deoxyglucose und „dose painting“
(Anpassung der Gesamtdosis an das Tumorload)
3 D-Bestrahlungs-
planung
Lymphknoten-/Skelettmetastase bei Endometrium CA Friedrich-Schiller
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54. Fusion von MRT und CT zur
Berechnung der Dosisverteilung im
Zielvolumen bei Ponsgliom °3
3 D-Bestrahlungs-
planung
Friedrich-Schiller
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55. Bestrahlungs-
techniken
Stehfeldtechnik = ein einzelnes Bestrahlungsfeld
Kernspintomogramm (MRT), sagittale Schnittebene
h x ν
Elektronen-
strahlen
ventral dorsal
Plasmocytom des Sternums
5 cm Eindringtiefe
= 15 MeV
Friedrich-Schiller
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56. Spinozelluläres Karzinom, inoperabel
Bestrahlungs-
techniken
vor und nach Bestrahlung mit einem Stehfeldtechnik
Friedrich-Schiller
Universität Jena

57. Spinozelluläres Karzinom vor und
nach Radiotherapie mit Elektronen
Friedrich-Schiller
Universität Jena
Bestrahlungs-
techniken

58. Malignes Melanom der Kopfhaut vor und nach 4 mal 8 Gy
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

59. Rezidivent von Basaliomen
24.3.05
3 Monate nach RT
7.2.05
6 Wochen
nach RT
Basaliom histologisch gesichert
Bestrahlung mit konventionelle Röntgenstrahlen
11.04
vor RT
Friedrich-Schiller
Universität Jena
Bestrahlungs-
techniken

60. Vierfeldertechnik (Kreuzfeuertechnik)
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

61. Harnblase Rektum
Rektum
Konformierende Vielfeldertechniken
zur Schonung von Normalgeweben
= gesunde Gewebe
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

62. Stereotaktische Radiotherapie von
Hirntumoren
stereós: starr, fest, solide
taxis: Orientierung
Zwei Formen:
Stereotaktische Radiotherapie = fraktioniert
Stereotaktische Radiochirurgie = einmalig
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

63. 2 HM bei Cervic-Ca, 1 cerebellär operiert, 2.frontal li
vor WBRT (36Gy/2Gy) und vor radiochirurgischem Boost (16Gy/80%)
6 Wochen 4 Monate
7 Monate 10 Monate
Pat KE 5/01
48 Monate
Vor RT
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

64. stereotaktische
Einzeit-
Konvergenz-
bestrahlung
(Radiochirurgie)
Akusticusneurinom
Dosisverteilung
Bestrahlungs-
techniken
Acusticus-Neurinom Rezidiv nach Operation
20051250 Friedrich-Schiller
Universität Jena

65. Ziele der Strahlentherapie:
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena
yLokale Tumorkontrolle (lokale ”Heilung”)
yVermeidung von akuten Nebenwirkungen
yVermeidung von Spätnebenwirkungen bei
lang überlebenden Patienten

66. z
u
s
c
h
o
n
e
n
d
e
s
O
r
g
a
n
hμ hμ
blau: Tumor
Prinzip der herkömmlichen Radiotherapie
homogenes
Fluenzpofil
türkis: Verteilung
der Strahlendosis
Keine Schonung von gesunden Geweben in Konkavitäten
In Nachbarschaft des Zielvolumens
Î
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

67. Prinzip der intensitätsmodulierten
Radiotherapie 3D-konformale IMRT
z
u
s
c
h
o
n
e
n
d
e
s
O
r
g
a
n
blau: Tumor
türkis: Verteilung
der Strahlendosis
Schonung von gesunden Geweben in Konkavitäten
Î
Inhomogenes,
moduliertes
Fluenzpofil
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

68. Ling CC et al IJROBP 1996; 35: 721-30
Inhomogene Dosis (bei jedem einzelnen Feld individuell verschieden berechnet) bei IMRT
Bestrahlungs-
techniken
intensitätsmodulierte 3D-C-RT = IMRT
Friedrich-Schiller
Universität Jena
Homogene Dosis über das ganze Feld
bei herkömmlicher Technik
(3D-konformale Technik)

69. Intensitätsmodulierte RT
eines NasopharxnxCA
Schonung von
normalen Geweben
(Rückenmark, Innenohr, Sehnerv, Chiasma,
Temporomandibulargelenke)
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

70. Quantitative Analyse der Dosis an den zu schonenden Organen
durch Dosisvolumenhistogramme
Schonung der Speicheldrüsen durch IMRT:
links median 21 Gy,
rechts median: 28 Gy
21 Gy
28 Gy
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

71. Intensitätsmodulierte RT
eines NasopharxnxCA
Quantitative Analyse der an Strahlendosis an
zu schonenden normalen Geweben
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

72. IMRT verbessert lokale Tumorkontrolle
bei N 3- (>6cm Durchmesser) Lymphknoten
1-3/06 10/06
32 mal 2,10 Gy=67,20 Gy
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena
6 Monate nach RT-Ende

73. intensitätsmodulierte 3D-C-RT
= IMRT
gute Schonung des Rektums durch
konkave Isodosen
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

74. Bestrahlungs-
techniken
Atemgetriggerte Radiotherapie
Friedrich-Schiller
Universität Jena

75. Volumen der rechten Lunge,
was mit 30 Gy bestrahlt wird
Dosisverteilung koronal = frontal
Atemgetriggerte Radiotherapie eines zentralen BC
Bestrahlungs-
techniken
57 % Inspiration
69 % Exspiration
30 Gy
Friedrich-Schiller
Universität Jena

76. Atemgetriggerte Radiotherapie eines peripheren BC
3 Mo post: 12 ml
prä: 18 ml
Bestrahlungs-
techniken
Friedrich-Schiller
Universität Jena

77. Friedrich-Schiller
Universität Jena