Elektronenfelder in der klinischen Anwendung

Fragestellung und Hintergrund:

Schon länger werden in der dreidimensionalen Planung von Elektronenfeldern Pencil-Beam-Algorithmen verwendet. In jüngerer Zeit wurden auch genauere Monte-Carlo-Algorithmen kommerziell verfügbar, die eine gute Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen aufweisen. Anhand klinischer Beispiele sollen die Abweichungen in der Dosisverteilung von Plänen untersucht werden, die mit Pencil-Beam- und Monte-Carlo-Algorithmus berechnet wurden.

Material und Methodik:

Es werden zwei klinische Fälle untersucht: eine Bestrahlung der Thoraxwand und ein Elektronenfeld auf die Wirbelsäule. Die Berechnung der Dosisverteilung erfolgt einerseits im Planungssystem Oncentra™ MasterPlan V1.4 mit dem Monte-Carlo-Code VMC++, andererseits im Planungssystem Helax™ TMS (beide Nucletron B.V., Veenendaal, Niederlande). Profile und Tiefendosiskurven werden mit dem Programm Verisoft™ der Firma PTW (Freiburg, Deutschland) untersucht.

Ergebnisse:

Für den Fall der Thoraxwandbestrahlung zeigen die Tiefendosiskurven bei den drei Energiestufen 9, 15 und 21 MeV eine gute Übereinstimmung auch im Lungengewebe. Die Mittelwerte für die Lunge liegen maximal um 4% der Maximaldosis auseinander. Deutliche Unterschiede treten bei der Wirbelkörperbestrahlung auf. Der Mittelwert in der prävertebralen Region liegt mit VMC++ 56% unter dem Pencil-Beam-Plan.

Schlussfolgerung:

Für Bestrahlungen im Bereich der Thoraxwand ist der Pencil-Beam-Algorithmus zur Darstellung klinisch relevanter Dosisverteilungen geeignet. Im Bereich größerer Knocheninhomogenitäten sollte dem genaueren Monte-Carlo-Verfahren der Vorzug gegeben werden.

Background and Purpose:

For several years three-dimensional treatment-planning systems have used pencil beam algorithms in the calculation of electron fields. Nowadays, exact Monte Carlo methods are commercially available, showing good correspondence to experimental results. Clinical examples are investigated to find differences in the dose distribution of treatment plans, which are calculated with both pencil beam and Monte Carlo algorithm.

Material and Methods:

Two different clinical applications are regarded: (1) an irradiation of the chest wall, and (2) an electron field to the vertebral column. The dose distributions are calculated by Oncentra™ MasterPlan on the one hand, using the Monte Carlo code VMC++, and by Helax™ TMS on the other hand (both Nucletron B.V., Veenendaal, The Netherlands). Profiles and depth dose curves are evaluated by the Verisoft™ program of PTW (Freiburg, Germany).

Results:

In the case of chest wall irradiation, the depth dose curves for the three investigated energies, 9, 15 and 21 MeV, agree rather well, also in lung tissue. The mean value for the lung differs only by 4% related to the dose maximum. In the case of vertebral column irradiation, however, the dose difference is more pronounced and, in the prevertebral region, is 56% lower for the VMC++ plan than in the pencil beam calculation.

Conclusion:

For irradiations of the chest wall, dose distribution calculations by means of pencil beam algorithm may be applied. Calculating electron dose distributions in cases of larger bone inhomogeneities, the more exact Monte Carlo algorithm should be preferred.