Englische Übersetzung des Titels: Conception of adaptive radiotherapy treatment considering tumour position during respiratory movement

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Abstract

Das in dieser Arbeit vorgestellte Konzept einer adaptiven Strahlentherapie von atembeweglichen Tu-moren besteht aus verschiedenen Komponenten, die entwickelt und evaluiert wurden. Die erste Komponente ist die Messung der Bahnkurven von beweglichen Tumoren mittels vierdimen-sionaler (4D) Magnetresonanztomographie (MRT). Sie wurde getestet und mit 4D-Computertographie (4D-CT) verglichen, indem mit beiden Modalitäten ein dynamisches Schweinelungenphantom unter-sucht wurde, das Atembewegungen von Tumoren simuliert. Während die simulierten Tumorbewegun-gen in der 4D-MRT immer eine Hysterese aufwiesen, die durch Fluoroskopie bestätigt wurde, gab die 4D-CT dieses Verhalten nicht wieder. Für die zweite Komponente, die Atmungsmessungen am Menschen, wurden Messgeräte für Atem-fluss, Atemtemperatur, Rumpfwandbewegung sowie Körperumfang MRT-kompatibel entwickelt bzw. adaptiert und erfolgreich getestet. Die Verwendung eines rechnergesteuert beweglichen Patiententisches stellt die dritte Komponente dar. Er soll dazu dienen, während der Bestrahlung die Tumorbewegungen durch entsprechende Ge-genbewegungen des Patienten in Abhängigkeit von aktuellen Atemsignalen auszugleichen. Ein kom-merziell erhältlicher Patiententisch wurde eingesetzt, um Bewegungen eines dynamischen Phantoms zu kompensieren. Dadurch wurde seine Tauglichkeit zur Bewegungskompensation demonstriert. Mit dem Konzept wird beabsichtigt, die Strahlung im Vergleich zu bisherigen Methoden mit größerer Präzision auf atembewegliche Tumoren zu richten, um die verschriebene Dosis erhöhen zu können. Auf diese Weise erscheinen bei gleich bleibender Nebenwirkungsrate höhere Tumorkontrollraten und somit besserer Heilungschancen erreichbar.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

This thesis presents an adaptive radiotherapy concept considering tumour position during respiratory movement. The concept consists of several components which have been developed and evaluated. The first component involves using four-dimensional (4D) magnetic resonance imaging (MRI) for measurements of tumour trajectories. 4D-MRI has been tested and compared with 4D-computed to-mography (4D-CT) by applying both modalities to a dynamic porcine lung phantom which simulates respiratory motion of tumours. The trajectories detected by 4D-MRI always showed hysteresis, con-firmed by fluoroscopy, but 4D-CT did not reveal hysteresis. For the second component - respiratory measurements in humans - measuring devices for respiratory flow, respiratory temperature, torso movement and circumference were either developed or adapted for MRI compatibility and were successfully tested. The application of a robotic patient couch is the third component. It serves to compensate for tumour motion during irradiation by means of corresponding countermotions of the couch, controlled by respi-ratory signals. A commercially available patient couch was used to compensate for motion of a dy-namic phantom, thereby demonstrating its suitability in motion compensation. This concept aims at improved precision of radiation delivery in the treatment of tumours. Compensat-ing for respiratory movement, an increased dose can be directly focused on the tumour, which allows for higher tumour control rates with constant side effect probabilities and improved chances of cura-tive treatment.