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Herzschrittmacher in der Strahlentherapie – Wie genau - wcenter.de

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Herzschrittmacher in der Strahlentherapie – Wie
genau ist die Dosisberechnung mit einem Pencil
Beam Algorithmus?
J. Scheermann1, M. Walke1, G. Gademann1
1
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Klinik für Strahlentherapie,
Magdeburg, Germany
Material und Methoden :
Mit der Zunahme kardiologischer Erkrankungen nimmt weltweit die Zahl der
Herzschrittmacherträger zu. Leidet ein solcher Patient zudem an einer Krebserkrankung, stellt
sich die Frage, ob dieser Patient wegen seines Implantats einer Strahlenbehandlung unterzogen
werden kann. Die Obergrenze der Dosis am Herzschrittmacher wird von den Herstellern
festgelegt. Strahlentherapeutische Einrichtungen haben die Pflicht mit einem Verfahren diese
hinreichend genau zu bestimmen. Im Rahmen einer Hinterfragung der angewandten Methoden,
wurde die Verlässlichkeit des Pencil Beam Algorithmus bei der Berechnung der
Herzschrittmacherdosis anhand eines vereinfachten Modells geprüft. Angenommen wurde, dass
die hohe Dichte des metallischen Implantats einen störenden Einfluss auf das Rechenergebnis
besitzt. Die Berechnungen mit Oncentra Masterplan Version 3.1 SP3 der Firma Nucletron wurden
anhand eines PMMA-Phantoms mit
einem integrierten Herzschrittmacher
durchgeführt. Die Vergleichsmessungen fanden am Siemens ARTISTETM
Beschleuniger mit einem 160 MLCTM
und einer PTW Schlauchkammer (Typ
31013) statt. Das Feld mit der Größe
10 x 10 cm2 wurde neben dem
Herzschrittmacher so plaziert, dass die
Abstände zwischen Herzschrittmacher
und Feldrand zunehmend von 2 bis
12 cm betrugen. Untersucht wurden
die Ergebnisse für die Photonenenergien 6 und 18 MV.
2
Ergebnisse 1:
Ein implantierte Herzschrittmacher generiert im CT bekanntlich Artefakte, die den Bereich des
Implantats sehr inhomogen darstellen. Der verfälschende Einfluß spiegelt sich in den Ergebnissen
der Berechnung wider. Diese zeigten nur geringe Übereinstimmungen mit den Vergleichsmessungen.
Für die Photonenenergie 6 MV lagen die berechneten Dosiswerte für den zentral im
Herzschrittmacher gesetzten Dosispunkt über dem gesamten Untersuchungsbereich relativ
konstant bis 100 % über denen der Vergleichsmessungen im PMMA.
Anders stellten sich die Ergebnisse für die Energie 18 MV dar. Hierbei unterschätzte die
Dosisberechnung bei nahen Feldern die Werte der Vergleichsmessungen. Die Abweichungen
betrugen bis zu 30 %. Der Grad der Übereinstimmung nahm mit größer werdendem Abstand zu.
Ab einem Abstand von etwa 8 cm lagen die Kurven der Berechnung und Messung mit einem
Fehler von maximal 4 % akzeptabel beieinander.
Zu klären war, ob sich die Ergebnisse der Berechnung in denen der Kammermessung
widerspiegeln, wenn der gesamten CT-Matrix, so auch dem Herzschrittmacher, homogen die
Dichte von PMMA (1,19 g/cm3) zugeordnet wird. Der Störeinfluß der Artefakte würde somit
eliminiert und der Rechenalgorithmus allein bewertbar sein.
In diesem Fall stimmten die Messergebnisse und Berechnung für 6 MV gut überein. Für 18 MV
konnte eine Übereinstimmung nur für geringe Abstände bis etwa 3 cm beobachtet werden. Der
Pencil-Beam-Algorithmus zeigte, wie erwartet, Schwächen bei der Verrechnung von
Seitwärtsstreuung.
Alle Ergebnisse sind in den folgenden Diagrammen zusammengefaßt:
3
Ergebnisse 2:
18 MV
6 MV
2,0
1,2
1,6
1,0
Pencil Beam HSM CT-Artefakte
1,4
Pencil Beam Dichte 1.19g/cm3
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
Rel. Energiedosis
Rel. Energiedosis
Ionisationskammer
Ionisationskammer
1,8
Pencil Beam HSM CT-Artefakte
Pencil Beam - Dichte 1.19g/cm3
0,8
0,6
0,4
0,2
0,2
0,0
0,0
2
4
6
8
10
2
4
6
8
10
Abstand Herzschrittmacher zum Feldrand [cm]
Abstand Herzschrittmacher zum Feldrand [cm]
Bei der Interpretation der Ergebnisse wird ersichtlich, dass neben dem internen Streuanteil
des Bestrahlungsfeldes eine zweite Komponente, eine externe Strahlung, auf den Herzschrittmacher wirkt. Ursache hierfür scheint die Streuung des Photonenstrahles in der Luft vor
Eintritt in das Phantom zu sein.
Es galt die Frage zu klären, in welchem Verhältnis
6 MV
die externe Strahlung zur internen Streuung steht
18 MV
und gleichzeitig, ob eine Abschirmmaßnahme den
externen Anteil senken kann. Hierzu wurde
Absorbermaterial (MCP-96) zunehmender Stärke
oberhalb und das Strahlungsfeld 5 cm neben der
Messsonde plaziert. Die Ergebnisse zeigen den
Anteil der inneren Streuung an der Gesamtbelastung des Schrittmachers von nur 30 % bei 6 MV und
sogar nur 10 % bei 18 MV.
4
1,200
1,000
Relativdosis
0,800
0,600
0,400
0,200
0,000
0
2
4
6
8
MCP96-Blockstärke [cm]
10
12
Zusammenfassung:
Für die Bestimmung der Dosisexposition am Herzschrittmacher stellt sich die Berechnung
mittels Pencil Beam Algorithmus als ein für uns ungeeignetes Verfahren dar. Hierbei spielt der
Einfluß der generierten Artefakte im Computertomogramm eine wesentliche Rolle. Lediglich für
die Energie 18 MV und größere Abstände zwischen dem Feldrand und Herzschrittmacher kann
eine ausreichend hohe Genauigkeit erzielt werden. Werden die Artefakte durch eine
Dichtekorrektur im CT eliminiert, ergben sich für 18 MV und größerem Abstand zwischen
Herzschrittmacher und Feldrand inakzeptable Werte. Grundsätzlich sollte das
Berechnungsergebnis dieses Algorithmus ausschließlich nur als Richtwert herangezogen werden.
Für die genauere Dosisbestimmung wurde im Haus eine Messmethode mittels
Thermolumineszenzdetektoren entwickelt. Darüber hinaus wird momentan geprüft, inwieweit
ein alternativer Algorithmus (Collapsed Cone, Monte Carlo) verbesserte Rechenergebnisse
erzielt.
Die Untersuchungen zeigten, dass der Herzschrittmacher aufgrund interner und deutlich
dominanter externer Streustrahlungsprozesse exponiert wird. Eine Schutzmaßnahme mittels
geeignetem Absorbermaterial ist daher während jeder Bestrahlung zwingend notwendig.
Kontakt: Jan.Scheermann@med.ovgu.de
5
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Gesundheitswesen
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