TU Darmstadt / ULB / TUprints

In Silico Comparison of Photons versus Carbon Ions in Single Fraction Therapy of Lung Cancer

Anderle, Kristjan :
In Silico Comparison of Photons versus Carbon Ions in Single Fraction Therapy of Lung Cancer.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

[img]
Preview
In Silico Comparison of Photons versus Carbon Ions in Single Fraction Therapy of Lung Cancer - Text
main.pdf - Accepted Version
Available under CC-BY-SA 4.0 International - Creative Commons Attribution Share-alike 4.0.

Download (72MB) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: In Silico Comparison of Photons versus Carbon Ions in Single Fraction Therapy of Lung Cancer
Language: English
Abstract:

Stereotactic body image guided radiation therapy (SBRT) shows excellent results for the local control of early stage lung cancer. However, not all patients are eligible for SBRT, and advanced stage treatment is less successful and often associated with severe side effects. Scanned carbon ion therapy (PT) can deliver more conformal dose likely benefiting these patient groups.

Therefore an \textit{in silico} trial was conducted on early and advanced stage patients to identify potential advantages of PT. The patients were treated with SBRT at Champalimaud Center for the Unknown, Lisbon (Portugal). PT plans were simulated on 4DCTs, and rescanning was investigated for motion mitigation in 4D-dose calculations. A dedicated strategy for 4D intensity modulated particle therapy (IMPT) was developed and applied for advanced stage patients with multiple lesions. For clinically valid and reliable results the deformable image registration - necessary for 4D-dose calculation - a quality assurance tool was developed and applied in the study.

The results showed that target coverage was comparable in SBRT and PT, while PT delivered significantly lower doses to most critical structures, especially the heart, lungs, and esophagus. A highly complex case of advanced stage lung cancer could be treated in a single fraction of 24~Gy with PT, while SBRT could not deliver the full ablative dose treatment due to an excessive heart dose. The mean heart dose was reduced from 10~Gy to 0.8~Gy with PT for this specific patient.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Stereotaktische Radiochirurgie (SBRT) zeigt exzellente Ergebnisse für die lokale Kontrolle von Lungenkrebs im Frühstadium. Viele Patienten sind allerdings nicht für die SBRT geeignet, und die Behandlung von späteren Stadien führt oft zu schweren Nebenwirkungen. Die Bestrahlung mit gescanntem Kohlenstoff (PT) ermöglicht eine konformere Dosisapplikation, wovon gerade diese Patientengruppen profitieren könnten. Eine in silico Studie an Lungenkrebspatienten in frühen und späten Stadien wurde durchgeführt, um mögliche Vorteile von PT zu untersuchen. Die Patienten wurden am Champalimaud Center for the Unknown, Lissabon (Portugal) mit SBRT behandelt. PT Pläne wurden auf 4DCTs simuliert und zur Bewegungskompensation wurde Rescanning in 4D-Dosisberechnungen untersucht. Eine dedizierte Strategie für 4D Intensitäts-modulierte Partikeltherapie (IMPT) wurde entwickelt und für Patienten im fortgeschrittenem Stadium mit mehreren Läsionen eingesetzt. Für klinisch valide und verlässliche Ergebnisse wurde für Nicht-rigide Bildregistrierung - für die 4D-Dosisberechnung unerlässlich eine Strategie zur Validierung und Qualitätssicherung entwickelt. Es ergab sich eine vergleichbare Dosisabdeckung der Ziele für PT und SBRT, mit PT konnte die Dosisbelastung fast aller Risikoorgane aber signifikant gesenkt werden, insbesondere des Herzens, der Lunge und der Speiseröhre. In einem besonders komplexen Fall von Stufe IV Lungenkrebs konnte PT alle 5 Läsionen mit der vollen Dosis von 24 Gy abdecken, während dies mit SBRT durch die zu hohe Herzdosis nicht möglich war – die mittlere Herzdosis konnte mit PT trotz voller Zieldosis von 10 Gy auf 0.8 Gy reduziert werden.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics
05 Department of Physics > Institute for condensed matter physics > Bio Physics
Date Deposited: 15 Jul 2016 06:27
Last Modified: 23 Aug 2016 06:01
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-55676
Referees: Durante, Prof. Dr. Marco
Refereed: 4 July 2016
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5567
Export:
Actions (login required)
View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year