Inclusion of organ motion in IMRT optimization using probabilistic treatment planning

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren zur Berücksichtigung von Organbewegungen in der Bestrahlungsplanung für die fraktionierte intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT). Organbewegungen werden durch ein mathematisches Modell beschrieben welches die Grundlage der Bestrahlungsplan-Optimierung darstellt. Das Modell enthält Zufallsvariablen um die stochastische Natur von Organbewegungen zu beschreiben. Die vorausgesagte Dosisverteilung im Patienten muss daher ebenfalls als Zufallsvariable aufgefasst werden und wird durch einen Erwartungswert der Dosis und dessen Varianz charakterisiert. Zur Optimierung des Bestrahlungsplans unter Berücksichtigung des Bewegungsmodells wird der Erwartungswert einer quadratischen Kostenfunktion minimiert, der sich als Summe der Dosisvarianz und der quadratischen Differenz von Solldosis und Erwartungswert der Dosis darstellen lässt. Die daraus resultierenden Bestrahlungspläne haben die Eigenschaft, dass Bereiche in denen Tumorgewebe nur relativ selten lokalisiert ist mit einer geringeren Dosis bestrahlt werden. Dies wird ausgeglichen durch eine Dosisüberhöhung in benachbarten Bereichen, so dass sich durch den Einfluss der Bewegung im Verlauf der gesamten Therapie eine näherungsweise homogene Gesamtdosisverteilung im Tumor ergibt. Das Verfahren erlaubt eine potentiell bessere Schonung von angrenzenden gesunden Geweben im Vergleich zur Sicherheitsrand-Methode