Die Bestrahlung bewegter Tumoren mit gescannten Ionenstrahlen stellt hohe Anforderungen an Strahlapplikation und Bestrahlungsplanung. Interferenzen zwischen Tumor- und Strahlbewegung (sogenanntes Interplay) können bei dieser Therapieform zu einer klinisch inakzeptablen Beeinträchtigung der applizierten Dosis führen. Spezielle Techniken, wie die unterbrochene Bestrahlung (Gating) oder die Bestrahlung unter abdominaler Kompression, ermöglichen eine effektive Einschränkung der Tumorbewegung, jedoch in der Regel keine vollständige Kompensation der Dosisbeeinträchtigungen.

Ziel dieser Arbeit war die Durchführung von Studien zur Kompensation von Dosisinhomogenitäten mit Hilfe optimierter Bestrahlungsparameter. Hierfür war zunächst die Weiterentwicklung eines 4D-Bestrahlungsplanungsprogramms für die Bestrahlung bewegter Tumoren mit einem gescannten Ionenstrahl notwendig. Bei der experimentellen Validierung des Systems konnte für die typische Strahlkonfiguration eine Übereinstimmung der gerechneten und gemessenen Dosis von im Mittel (-1 ± 4)% erreicht werden. In auf dieser Basis durchgeführten Experimenten, Simulationen und Bestrahlungsplanungsstudien für Lebertumorbehandlungen konnte gezeigt werden, dass insbesondere die Verwendung eines vergrößerten Strahlfokus in Verbindung mit Gating und abdominaler Kompression eine deutliche Verringerung der bewegungsbedingten Dosisbeeinträchtigungen erzielt. Weiterhin wurden mit Hilfe des Systems Dosisrekonstruktionen der ersten Bestrahlungen von Lebertumoren am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) durchgeführt und ergaben beispielhaft bewegungsinduzierte Abweichungen von rund 7% in Bezug auf die geplante Dosisabdeckung (V95=92,8%).

Das 4D-Bestrahlungsplanungsprogramm wird derzeit als Grundlage weiterer Forschungsarbeiten am GSI und von internationalen Kollaborationspartnern genutzt. Ergebnisse aus dieser Arbeit flossen in die Vorbereitung der weltweit ersten Bestrahlungen von atembewegten Lebertumoren mit einem gescannten Kohlenstoffstrahl am HIT ein.