German Title: Optimierung, Realisierung und Qualitätsanalyse der Kegelstrahl-Rotationstherapie

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Abstract

Advanced radiation therapy techniques rely on a modulation of the fluence fields to optimize the clinical benefit of the treatment. This increased flexibility for intensity-modulated radiation therapy (IMRT) in comparison to conventional techniques allows the realization of excellent dose distributions. However, the advantage of superior dose distributions for IMRT usually requires an increased treatment time. A dose delivery technique with the potential to overcome this problem without impairing the treatment quality is dynamic rotation therapy in a single arc. This technique uses dynamic field shaping with a multileaf collimator (MLC) and a variable dose rate of the linac during irradiation to conform the dose distribution to the target volume. This thesis introduces an optimization concept for dynamic rotation therapy with variable dose rate, called arc-modulated cone beam therapy (AMCBT), that also accounts for all practical limitations of this approach imposed by the dose delivery hardware. This optimization algorithm is applied to assess the clinical potential of AMCBT via comparative treatment planning studies. Finally, a first realization of AMCBT based on a Siemens ArtisteTM linac equipped with a dynamic MLC was developed and investigated.

Translation of abstract (German)

Moderne Techniken in der Strahlentherapie verwenden eine Modulation der Fluenzfelder um den klinischen Nutzen einer Behandlung zu optimieren. Diese erhöhte Flexibilität für intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT) im Vergleich zu konventionellen Techniken ermöglicht die Realisierung von exzellenten Dosisverteilungen. Allerdings führt der Vorteil der verbesserten Dosisverteilung üblicherweise zu einer verlängerten Behandlungszeit. Eine Bestrahlungstechnik mit dem Potenzial dieses Problem zu überwinden ohne die Qualität der Behandlung zu beeinträchtigen ist die dynamische Rotationstherapie in einer einzelnen Gantryumdrehung. Diese Technik verwendet eine dynamische Anpassung des Bestrahlungsfeldes mittels eines Multi-Lamellen Kollimators (MLC) und eine variable Dosisrate des Beschleunigers während der Bestrahlung um die Dosisverteilung an das Targetvolumen anzupassen. In dieser Doktorarbeit wird ein Optimierungskonzept für die dynamische Rotationstherapie mit variabler Dosisrate, genannt Kegelstrahl-Rotationstherapie (AMCBT), vorgestellt, welches auch alle praktischen Einschränkungen durch die Bestrahlungs-Hardware berücksichtigt. Diese Optimierungsstrategie wurde verwendet um das klinische Potenzial von AMCBT in vergleichenden Planungsstudien zu untersuchen. Schließlich wurde eine erste Realisierung von AMCBT basierend auf einem Siemens ArtisteTM Beschleuniger mit dynamischen MLC entwickelt.