title: Assessment of dose correlation models considering total toxicity in re-irradiation with ions, focused on voxel by voxel biological effective dose calculation and total dose accumulation
Creators: name: Roisl, Patrick
Publisher: name: TU Wien
Year: 2020
Subjects: subject: Bestrahlungsplanung
subject: Biologische Effektive Dosis
subject: Wiederbestrahlung
subject: treatment planning
subject: biological effective dose
subject: re-irradiation

description: Strahlentherapie mit ionisierender Strahlung wird bereits seit Jahrzehnten als effektive Methode zur Behandlung von Tumoren genutzt, wobei neue wissenschaftliche Erkenntnisse und moderne Technologie die Erfolgsraten der Tumorbekämpfung stetig erhöhen, während die Belastung des gesunden Gewebes, welches den Tumor umgibt, veringert werden kann. Ein wichtige Rolle in der Therapieplanung spielt deswegen die korrekte Beschreibung der Wirkung von ionisierender Strahlung auf menschliches Gewebe, diese stellt aber eine fortw ̈ahrende Herausforderung dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Skripten für die Bestrahlungsplanungs-Software Raystation geschrieben, welche die ”Biologisch Effektive Dosis”(BED) und die Äquivalente Dosis in 2 Gray Fraktionen” (EQD2) berechnen. Diese fraktionierungsabhängigen Parameter werden Voxel für Voxel aus einer vorliegenden, relativ biologisch wirksamen Dosisverteilung berechnet und die resultierende Dosisverteilung gespeichert, damit beide Verteilungen im Anschluss verglichen werden können. Diese Skripten wurden verwendet um die Toxizität der therapeutischen Strahlung in Risikoorganen von 18 Patienten mit rezidivierenden Tumoren zu untersuchen welche mehrmals Strahlentherapie verschrieben bekamen. Alle Patienten wurden am MedAustron Ionentherapiezentrum mit Ionen wiederbestrahlt, nachdem ursprüngliche Tumore mit Photonen- oder Elektronenbestrahlung behandelt wurden. Zur numerischen Beschreibung der Dosisverteilungen wurden Dosis-Volumen-Histogram-Parameter vom Gehirn, dem Hirnstamm, den Augennerven und des Chiasm opticums eruiert und in einer Datenbank gespeichert. Wird diese Datenbank künftig stetig erweitert, so könnte sie statistisch relevante Hinweise darauf geben, dass die zugeführte Dosis in Risikoorganen, bei Patienten welche mehrmals mit ionisierenden Strahlen behandelt wurden, weniger Schaden verursacht als derzeitige Evaluierungsparameter vorraussagen. Werden die in der Therapieplanung geltenden Restriktionen an etwaig dafür sprechende Daten angepasst, so würden die Wahrscheinlichkeiten von erfolgreichen Tumorbehandlungen durch Radiotherapie weiter steigen.
description: Radiation therapy has proven to be an effective method in the treatment of tumors for decades and modern developments improve the impact on tumors while reducing the strain on healthy tissue in the surrounding area. Estimating the effect of radiation on human tissue is a complicated issue but an important factor in treatment planning. In the scope of this thesis, scripts for the treatment planning system Ray Station were written, which evaluate the ’Biological Effective Dose’ (BED) and the ’Equivalent Dosein 2 Gray Fractions’ EQD2. They calculate these fractionation dependent parameters voxelwise from a planed relative biological effective dose distribution and save there sulting BED- or EQD2-dose distributions for comparative purposes. These scripts were used to evaluate the biological effect of multiple radiation the rapytreatments on organs at risk, of 18 patients, which had recurrent tumors. All patients were re-irradiated at Med Austron Ion Therapy Center after initial treatments with photons or electrons. For a numerically description of the dose distributions in high risk structures, dose volume histogram parameters were taken from the brain, brainstem, eye nerves and chiasm and saved into a database. When being continuously extended, this database could provide statistically meaning fulindications that re-irradiated patients accumulate less toxicity in organs at risk than anticipated by currently used measurement standards. These results are already indicated by the biologically effective dose distributions and associated dose volume histogram-parameters presented in this thesis. By adjusting the restrictions given in therapy planning due to possibly upcoming indications, the success rate of tumor treatments in radiation therapy could be further improved.