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Dose Calculation Algorithms for Radiation Therapy with an MRI-Integrated Radiation Device

Pfaffenberger, Asja

German Title: Dosisberechnungsalgorithmen für die Strahlentherapie mit MRT-integrierten Bestrahlungsgeräten

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Abstract

Image-guided adaptive radiation therapy (IGART) aims at improving therapy outcome on the basis of more precise knowledge of the anatomical and physiological situation during treatment. By integration of magnetic resonance imaging (MRI), better differentiation is possible between the target volume to be irradiated and healthy surrounding tissues. In addition, changes that occur either between or during treatment fractions can be taken into account. On the basis of this information, a better conformation of radiation dose to the target volume may be achieved, which may in turn improve prognosis and reduce radiation side effects. This requires a precise calculation of radiation dose in a magnetic field that is present in these integrated irradiation devices. Real-time adaptation of the treatment plan is aimed at for which fast dose calculation is needed. Kernel-based methods are good candidates to achieve short calculation times; however, they presently only exist for radiation therapy in the absence of magnetic fields. This work suggests and investigates two approaches towards kernel-based dose calculation algorithms. One of them is integrated into treatment plan optimisation and applied to four clinical cases.

Translation of abstract (German)

Bildgeführte adaptive Strahlentherapie (IGART) hat zum Ziel, durch genauere Kenntis der anatomischen und physiologischen Situation während der Behandlung den Therapieerfolg zu verbessern. Mit der Magnetresonanzbildgebung (MRT) wird ein Verfahren integriert, mit Hilfe dessen das zu bestrahlende Zielvolumen besser vom umliegenden, gesunden Gewebe abgegrenzt werden kann und sich Veränderungen zwischen oder auch während Therapiefraktionen berücksichtigen lassen. Dadurch wird eine Voraussetzung geschaffen, um auch die gewebeschädigende Strahlendosis besser auf das Zielvolumen beschränken zu können, um sowohl Heilungschancen zu erhöhen als auch Nebenwirkungen zu reduzieren. Dies erfordert eine präzise Berechnung der Strahlendosis im Magnetfeld, dem der Patient in diesen Bestrahlungsgeräten ausgesetzt ist. Echtzeitanpassung des Bestrahlungsplans wird angestrebt, was eine schnelle Dosisberechung voraussetzt. Hierfür bieten sich kernbasierte Methoden an, die aber bisher nur für die Strahlentherapie ohne Magnetfeld existieren. Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Ansätze für kernbasierte Dosiberechnungsalgorithmen vorgeschlagen und untersucht, von denen einer bis zur Anwendung in der Bestrahlungsplanoptimierung in vier klinischen Fällen gebracht wird.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Oelfke, Prof. Dr. Uwe
Date of thesis defense: 24 January 2013
Date Deposited: 28 Feb 2013 08:27
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 530 Physics
600 Technology (Applied sciences)
Controlled Keywords: Medizinische Physik, Strahlentherapie, Monte-Carlo-Simulation, Monte Carlo, Bestrahlungsplan, NMR-Tomographie, Krebsforschung, Onkologie
Uncontrolled Keywords: image guided adaptive radiation therapy, IGRT, IGART, bildgestützte Strahlentherapie, Dosisberechnung, MR-Linac, kernbasiert, kernel-based, radiotherapy, dose calculation, MRT, MRI
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