Dosimetry and Quality Assurance for Intensity Modulated Radiotherapy (IMRT)

Fluenzmodulierte Bestrahlungstechniken (IMRT) in der Strahlentherapie haben sich trotz ihres hohen Potentials bisher vielerorts noch nicht als Standardverfahren etablieren können. Dies hängt wesentlich mit den hohen Anforderungen der IMRT an die Qualitätssicherung zusammen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgte die kritische Auseinandersetzung mit dem physikalischen Qualitätsmanagement bei statischen (Step & Shoot) IMRT-Techniken. Schwerpunkte der Untersuchungen waren die Entwicklung eines Verfahrens für die effiziente klinische IMRT-Dosimetrie basierend auf Messungen mit einem Ionisationskammer-Array (PTW LA48) sowie die Prüfung verschiedener Plausibilitätstests – etwa zur Abschätzung der bei einer Bestrahlung benötigten Monitorwerte. Daneben wurden Konzepte für die reproduzierbar korrekte Patientenpositionierung bei Prostata-Bestrahlungen sowie für die Berücksichtigung von Lagerungs-Restunsicherheiten während der IMRT-Bestrahlungsplanung erarbeitet. Für die IMRT-Bestrahlungsplanung steht in Tübingen ein hauseigenes System zur Verfügung, in welches ein schneller Monte-Carlo-Code (XVMC) für Routine-Präzisionsdosisberechnungen integriert ist. Die Genauigkeit dieses Codes – insbesondere die Validität des darin enthaltenen Beschleunigerkopfmodells – wurde kritisch geprüft. Die Arbeit präsentiert Beispiele klinischer Dosimetrievergleiche, in denen LA48-Messungen auch radiographischen Untersuchungen mit dem neuen Kodak EDR2-Verifikationsfilm gegenübergestellt werden. Um die filmgemessenen Daten korrekt interpretieren zu können, war es zunächst erforderlich, die dosimetrischen Eigenschaften des EDR2-Films genau zu untersuchen. Die Umsetzung der vorgestellten Konzepte erlaubte die erfolgreiche klinische Implementierung der Step & Shoot-IMRT am Tübinger Universitätsklinikum.Although highly promising, intensity modulated radiotherapy (IMRT) techniques still could not be established as standard treatment techniques in many places. This is mainly due to the high requirements IMRT puts on quality assurance. Within the framework of this thesis, the issue of physical quality management for static (Step & Shoot) IMRT was critically examined. The investigations focussed on the development of a method for effective clinical IMRT dosimetry based on measurements with an ionization chamber array (PTW LA48) and on the examination of various plausibility checks, like a rule of thumb which allows predictions about the expected monitor units for an IMRT treatment. Besides that, concepts were worked out for reproducible and correct patient positioning during treatment of the prostate and it was studied how remaining statistical positioning uncertainties could be taken into account during IMRT planning. In Tübingen, IMRT treatment planning is performed with an in-house developed system with a fast Monte Carlo code (XVMC) integrated for routine high precision dose calculations. The accuracy of this code – particularly the validity of the incorporated accelerator head model – was critically tested. In the presented work, examples of clinical dose comparisons are given. The results of dose measurements with the LA48 detector are compared with radiographic dose data where measurements were performed with the new Kodak EDR2 film. To allow correct interpretation of the film data at first the dosimetric properties of the EDR2 film had to be investigated. The realization of the presented concepts allowed the successful clinical implementation of Step & Shoot IMRT at the Tübingen University Hospital