Medizin-physikalische Projekte

Ausgleichsfilter-freie Energien und Rotationsbestrahlung mARC

Moderne Bestrahlungstechniken erlauben es, hochkomplexe dreidimensionale Dosisverteilungen zu erzeugen, die eng an die Form des Zielvolumens angepasst werden können und gleichzeitig benachbarte Risikostrukturen schonen.

Technische Neuerungen, die in den vergangenen Jahren eingeführt sind, sind Rotationsbestrahlungstechniken sowie die Verwendung von Strahlungsenergien mit hoher Dosisleistung (Ausgleichsfilter-freie Energien). Beide erlauben die Abstrahlung hochkonformaler Dosisverteilungen bei gleichzeitiger Reduktion der Bestrahlungszeit. Dies ist einerseits angenehmer für die Patienten und bietet auch Vorteile für den klinischen Workflow, andererseits wird dadurch das Risiko von Bewegungen während der Bestrahlung minimiert. Der größte Vorteil ergibt sich aus der Kombination der Techniken mit der IGRT: einer bildgeführten Bestrahlung mit hochkonformaler Dosisverteilung bei möglichst kurzer Bestrahlungszeit, die durch Rotationsbestrahlungtechniken mit FFF Energien erreicht wird.

An den Siemens Artiste Linearbeschleunigern der Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie des UKS stehen die Rotationstechnik mARC und die Ausgleichsfilter-freie Energie 7 MV mit hoher Dosisleistung zur Verfügung.

Ein Schwerpunkt der medizin-physikalischen Forschung in den vergangenen Jahren war die umfassende dosimetrisch/physikalische Charakterisierung der neuen Techniken und ihre Modellierung im Bestrahlungsplanungssystem. Auf dieser Grundlage wurde der klinische Nutzen der neuen Bestrahlungstechniken an verschiedenen Planungsstudien zur Bestrahlung von Hirnmetastasen, HNO- und Prostata-Tumoren evaluiert. Danach wurden die Techniken (die mARC-Bestrahlung weltweit erstmals) in die klinische Anwendung übernommen. Außerdem wurden zwei Konversionsalgorithmen entwickelt, die es erlauben, mARC-Pläne in nicht dafür vorgesehenen Bestrahlungsplanungssystemen zu erzeugen – entweder auf der Basis von step-and-shoot IMRT-Plänen oder durch Konversion von SmartArc-Plänen aus Philips Pinnacle.

Publikationen zur Ausgleichsfilter-freien Photonenenergie

1. Dzierma Y., Licht N., Nuesken F., Ruebe Ch.: Beam properties and stability of a flattening-filter free 7 MV beam-an overview. Med Phys (2012); 39:2595-2602; DOI 10.1118/1.3703835
2. Dzierma Y., Nuesken F.G., Palm J., Licht N.P., Ruebe Ch.: Planning study and dose measurements of intracranial stereotactic radiation surgery with a flattening filter-free linac. Pract Radiat Oncol (2014); 4:e109-116; DOI 10.1016/j.prro.2013.04.004
3. Dzierma Y., Nuesken F.G., Fleckenstein J., Melchior P., Licht N.P., Rübe Ch.: Comparative planning of flattening-filter-free and flat beam IMRT for hypopharynx cancer as a function of beam and segment number. PLOS ONE (2014); 9:e94371; DOI 10.1371/journal.pone.0094371
4. Sadrollahi A., Nuesken F., Licht N., Rübe Ch., Dzierma Y.: Monte-Carlo simulation of the Siemens Artiste linear accelerator flat 6 MV and flattening-filter-free 7 MV beam line. PLOS ONE (2019); 14; DOI 10.1371/journal.pone.0210069

• Siemens white paper über die FFF Energie

Publikationen zur Rotationsbestrahlung mARC

1. Dzierma Y., Nuesken F., Licht N., Ruebe Ch.: A novel implementation of mARC treatment for non-dedicated planning systems using converted IMRT plans. Radiat Oncol (2013); 8:193; DOI 10.1186/1748-717X-8-193
2. Dzierma Y., Nuesken F.G., Kremp S., Palm J., Licht N.P., Rübe Ch.: Commissioning and first clinical application of mARC treatment. Strahlenther Onkol (2014); 190:1046-1052; DOI 10.1007/s00066-014-0662-9
3. Dzierma Y., Bell K., Palm J., Nuesken F., Licht N., Rübe Ch.: mARC vs. IMRT radiotherapy of the prostate with flat and flattening-filter-free beam energies. Radiat Oncol (2014); 9:250; DOI 10.1186/s13014-014-0250-2
4. Dzierma Y., Licht N., Norton I., Nuesken F., Rübe Ch., Fleckenstein J.: VMAT to arclet plan conversion in a treatment planning system. Strahlenther Onkol (2015); 191:961-969; DOI 10.1007/s00066-015-0889-0
5. Bell K., Dzierma Y., Palm J., Nuesken F., Licht N., Rübe Ch.: mARC prostate treatment planning with Varian Eclipse for flat vs. FFF beams. Physica Medica (2016); 32:474-478; DOI 10.1016/j.ejmp.2016.02.011
6. Dzierma Y., Nuesken F., Licht N., Rübe Ch.: Benchmarking the mARC performance – treatment time and dosimetric linearity. Z Med Phys (2016); 26:339-348; DOI 10.1016/j.zemedi.2016.02.001
7. Bell K., Fleckenstein J., Nuesken F., Licht N., Rübe Ch., Dzierma Y.: mARC Treatment of Hypopharynx Carcinoma with Flat and Flattening-Filter-Free Beam Energies – A Planning Study. PLOS ONE (2016); 11; DOI 10.1371/journal.pone.0164616

• Siemens white paper über den mARC