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Novel methods for treatment planning in Ion Beam Therapy

Cabal Arango, Gonzalo Alfonso

German Title: Neue Methoden für die Planung der Therapie mit Schwerionen

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Abstract

One of the biggest challenges in ion beam therapy is the mitigation of the impact of uncertainties in the quality of treatment plans. Some of the strategies used to reduce this impact are based on concepts developed decades ago for photon therapy. In this thesis novel methods and concepts, tailored to the specifi c needs of ion beam therapy, are proposed which reduce the effect of uncertainties on treatment plans. This is done in two steps: First, we revisit the concept of the Planning Target Volume and propose a novel method for its de nition. This method enhances robustness of treatment plans and reduces the amount of healthy tissue irradiated. In a clinical situation this could translate into an enhancement of the tumor control probability while reducing side e ects. The concept of robust conformity (conformity in the presence of uncertainties) is proposed along with a way to quantify it. Secondly,a method to select robust beam angle con gurations that also spare organs at risks is proposed. This combination is a new conceptual layout to tackle the challenges of ion beam therapy and enhances its potential.

Translation of abstract (German)

Eine der größten Herausforderungen in der Ionenstrahltherapie ist die Beschränkung der Einflüsse von Ungenauigkeiten in der Therapieplanung. Einige Strategien, die verwendet werden, um diese E ekte zu verringern, basieren auf Konzepten die vor Jahrzehnten für die Photonentherapie entwickelt wurden. In der vorliegenden Arbeit werden neue Methoden und Konzepte vorgestellt, die speziell auf die Anforderungen der Ionenstrahltherapie zugeschnitten sind und die Auswirkungen von Ungenauigkeiten auf die Therapieplanung verringern. Dies erfolgt in zwei Schritten: Zuerst untersuchen wir das Konzept des geplanten Targetvolumens und schlagen eine neue De nition hierfür vor. Diese erhöht die Robustheit der Therapieplanung und reduziert die Menge von gesundem Gewebe, das bestrahlt wird. In klinischen Anwendungen kann dies die Tumorkontrollrate erhöhen, während gleichzeitig Nebenwirkungen verringert werden. Das Konzept der robusten Konformität (Konformität bei vorliegenden Ungenauigkeiten) wird zur Quanti zierung dieser Verbesserungen vorgeschlagen. Im zweiten Schritt schlagen wir, aufbauend auf die Konzepte, die im ersten Teil eingeführt wurden, eine Methode vor, mit der robuste Kombinationen von Strahlrichtungen ausgewählt werden knnen, die auerdem Risikoorgane vermeiden. Die Verknüpfung dieser beiden Schritte stellt ein neues Konzept dar, das die Herausforderungen der Ionenstrahltherapie überwinden kann und damit das Potential dieser Therapie erhöht.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Jäkel, Prof. Dr. Oliver
Date of thesis defense: 11 July 2012
Date Deposited: 30 Aug 2012 08:21
Date: 2012
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Ionenstrahltherapie , TherapieplanungIon Beam Therapy , Treatment Planning , Plan Robustness , Beam Angle Selection , PTV definition
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