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Strahleninduzierte Effekte moderner Radiotherapieverfahren auf kardiale implantierte elektronische Geräte

Nguyenj, Julia Ai-Nhi Thao-Mi

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Abstract

Bedingt durch den demografischen Wandel moderner Gesellschaften steigt die Anzahl der Patienten, die sowohl auf eine strahlentherapeutische Behandlung als auch auf Therapie mittels kardialer implantierter elektronischer Geräte (CIEDs) angewiesen sind. Somit ist eine steigende Prävalenz von CIED-Trägern in der Radiotherapie zu erwarten. In der Vergangenheit wurden allerdings Wechselwirkungen zwischen ionisierender Strahlung und CIEDs festgestellt, die zu lebensbedrohlichen Ereignissen führen können. Diese Arbeit untersucht strahlenassoziierte CIED-Effekte unter Einfluss moderner externer Strahlentherapieverfahren wie der ausgleichsfilterfreien, volumetrischen intensitätsmodulierten Rotationsbestrahlung (FFF-VMAT) unter Betrachtung der Aktivierungsenergie von Wolfram (dem Hauptbestandteil relevanter strahlformender Bauteile; 6,74 Megavolt (MV)). Dies dient der Präzisierung der in der Literatur beschriebenen Schädigungsmechanismen. Insbesondere in in-vitro Studien wurden Aktivierungsenergie, moderne Strahlentherapieverfahren und klinisch relevante Szenarios bisher unzureichend beachtet. Hierfür wurden 68 explantierte und voll funktionsfähige CIEDs (64 implantierbare Cardioverter-Defibrillatoren (ICDs), 4 Herzschrittmacher (HSM)) mit aktueller Technik verschiedener Hersteller einer der folgenden Gruppen zugeteilt:

1a) 18 MV, Dorsales Stehfeld, 4 ICDs/4 HSM außerhalb des Primärstrahls (n = 8) 1b) 18 MV, Isozentrum im CIED-Bereich, 4 ICDs/4 HSM im Primärstrahl (n = 8) 2) 6 MV, FFF-VMAT Prostatakarzinom, 35 cm entfernt (n = 15) 3) 10 MV, FFF-VMAT Prostatakarzinom, 35 cm entfernt (n = 15) 4) 6 MV, FFF-VMAT Mediastinum, 2.5 cm entfernt (n = 15) 5) 10 MV, FFF-VMAT Mediastinum, 2.5 cm entfernt (n = 15)

Die CIEDs wurden auf einem antropomorphen Plattenphantom im Bereich der linken Brust unter einem 2 cm Bolus positioniert und unter telemetrischer Echtzeit-Überwachung mit FFF-VMAT (Dosisrate bis 2500 cGy/min, kumulative Dosis bis 150 Gy im Bereich des Isozentrums) bestrahlt. Streustrahlung und Photoneutronen im Bereich der CIEDs wurden registriert. Bei 6 MV FFF-VMAT-Bestrahlung wurden keine Ereignisse beobachtet. FFF-VMAT-Bestrahlung mit 10 MV führte hingegen bei 6 von 30 beobachteten CIEDs zu Gerätefehlern wie Patientendatenverlust, Reset und fehlerhaftem Sensing mit inadäquaten Schocktherapien. Die indirekte Bestrahlung mit 18 MV führte in 2 von 4 ICDs und einem von 4 HSM zu Defekten. Nahezu sofortige Defibrillation wurde in 3 von 8 CIEDs ausgelöst als diese innerhalb des 18 MV Primärstrahls positioniert wurden. 2 der 4 HSM waren bei der Geräteabfrage nach 6 Wochen aufgrund eines Batteriespannungsverlusts permanent beschädigt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass eine Photonenenergie > 6 MV zu nicht vorhersehbaren Fehlern wie z.B. einer potenziell lebensbedrohlichen inadäquaten Schocktherapie bei ICDs führen kann. Hierbei spielt es keine Rolle, ob sich die CIEDs innerhalb oder außerhalb des Strahlenfeldes befinden. Eine ausgleichsfilterfreie, volumetrisch-modulierte Bestrahlung mit 6 MV stellt dagegen selbst bei hohen Dosisraten eine sichere Therapieoption dar. Hierbei scheint es unerheblich zu sein, ob die CIEDs sich nahe (bis 2.5 cm) oder weiter entfernt (35 cm) vom Primärstrahl befinden. Zusammenfassend lässt sich schlussfolgern, dass sich CIEDs niemals innerhalb des Primärstrahls befinden sollten und die Photonenenergie bei CIED-Trägern auf 6 MV limitiert werden sollte, da eine Bestrahlung mit 10 MV bereits zu ICD-Fehlern führen kann. Dies steht derzeit in Gegensatz zu den verfügbaren internationalen Leitlinien zur sicheren Radiotherapie CIED-tragender Patienten und sollte daher in weiteren Untersuchungen bestätigt werden. Es scheint jedoch nachvollziehbar, dass eine sichere Bestrahlung zur Behandlung von Tumoren nahe der CIEDs selbst bei hoher Dosisrate mittels FFF-VMAT mit 6 MV möglich ist.

Document type: Dissertation
Supervisor: Wenz, Prof. Dr. med. Frederik
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 18 June 2021
Date Deposited: 12 Oct 2021 13:06
Date: 2021
Faculties / Institutes: Medizinische Fakultät Mannheim > Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie
DDC-classification: 610 Medical sciences Medicine
Controlled Keywords: Radiotherapy, Radio-Oncology, Defibrillator
Uncontrolled Keywords: Implantable cardioverter-defibrillator, cardiac pacemaker, flattening filter free, IMRT, VMRT, neutron-generating energies, scatter radiation, dose-rate effects
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