Production and dosimetric evaluation of flexible, 3D-conformal boluses for adjuvant volume-modulated radiotherapy in head and neck tumours

In der vorliegenden Arbeit wurde ein standardisiertes Verfahren zur Herstellung individueller Boli mithilfe von FDM und Silikon-Guss vorgestellt. Die Technik schien den Vorteil einer relativ preisgünstigen Bolus-Produktion vor Ort bei verhältnismäßig geringen Ansprüchen an infrastrukturelle Voraussetzungen in der Klinik zu bieten, auch wenn eine Untersuchung ökonomischer Aspekte nicht Ziel der Arbeit war. Gleichzeitig konnten flexible und für den Patienten möglicherweise komfortablere Boli erzeugt werden, die konformaler bzw. lückenloser auflagen als die konventionellen Modelle (Superflabs), eine geringfügige Dosiserhöhung im oberflächlichen Zielvolumen bewirkten und zudem eine deutliche Hautschonung ermöglichten. Über den gesamten Anwendungszeitraum hielten die Boli den mechanischen Belastungen stand, die mit der Behandlung der Patienten einhergingen. Im Rahmen vorausgegangener Untersuchungen an einem Plattenphantom konnte die Äquivalenz der Materialien in Bezug auf den Dosisaufbau erwiesen werden, sodass die Zusammensetzung des von uns verwendeten Materials als sowohl mechanisch wie physikalisch geeignet angesehen werden konnte. Der Einfluss unterschiedlich großer Bolus-Hohlräume auf eine oberflächliche Dosisreduktion wurde am Plattenphantom ebenfalls abgeschätzt. Am RANDO-Phantom konnte ein geeignetes Messverfahren identifiziert werden. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen an 3D-konformalen Boli zeigten sich als mit der aktuellen Studienlage weitgehend kongruent. Eine weitere Optimierung der vorgestellten Technik könnte über die Verwendung von 3D-Scans der Kopf-Hals-Konturen erreicht werden, da dies eine Integration von Bolus- und Maskenanbringung ermöglicht. Hohlräume unter einer Lagerungsmaske hätten damit weniger Einfluss auf den Bolus-Haut-Abstand. Ebenso erscheint die klinische Evaluation der Rezidivhäufigkeit bzw. der Hautschonung als sinnvoll. Es könnte beispielsweise die Verhinderung akuter und chronischer Strahlen-wirkungen an der sensiblen Kopf-Hals-Region quantifiziert werden. Die vorgestellte 3D-Druck- und Gusstechnik zur Herstellung flexibler und 3D-konformaler Boli erscheint bei der Optimierung strahlentherapeutischer Behandlungsmöglichkeiten vielversprechend.In the present study, a standardised procedure for the production of individual boluses using FDM and silicone casting was presented. The technique seemed to offer the advantage of relatively inexpensive bolus production on site with relatively low demands on infrastructural requirements in the clinic, even though an investigation of economic aspects was not the aim of the work. At the same time, it was possible to produce flexible boluses that were possibly more comfortable for the patient, which were more conformal or had fewer gaps than the conventional models (superflabs), caused a slight increase in the dose in the superficial target volume and also enabled significant skin protection. Over the entire application period, the boluses withstood the mechanical stresses associated with the treatment of the patients. In previous studies on a plate phantom, the equivalence of the materials in terms of dose build-up was proven, so that the composition of the material we used could be considered suitable both mechanically and physically. The influence of bolus cavities of different sizes on a superficial dose reduction was also estimated on the plate phantom. A suitable measurement procedure could be identified on the RANDO phantom. The results of our investigations on 3D-compliant boluses were found to be largely congruent with the current state of studies. Further optimisation of the presented technique could be achieved by using 3D scans of the head and neck contours, as this allows integration of bolus and mask attachment. Cavities under a positioning mask would thus have less influence on the bolus-skin distance. Similarly, clinical evaluation of recurrence frequency or skin sparing appears to be useful. For example, the prevention of acute and chronic radiation therapy-related side effects on the sensitive head and neck region could be quantified. The 3D printing and casting technique presented for the production of flexible and 3D-conformal boluses appears promising in the optimisation of radiotherapeutic treatment options