ÜBERSICHTSARBEIT
Advances in 4D radiation therapy for managing respiration: Part II – 4D treatment planningFortschritte in der 4D-Strahlentherapie zur Berücksichtigung der Atembewegung: Teil II – 4D-Bestrahlungsplanung

https://doi.org/10.1016/j.zemedi.2012.06.011Get rights and content
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Abstract

The development of 4D CT imaging technology made possible the creation of patient models that are reflective of respiration-induced anatomical changes by adding a temporal dimension to the conventional 3D, spatial-only, patient description. This had opened a new venue for treatment planning and radiation delivery, aimed at creating a comprehensive 4D radiation therapy process for moving targets. Unlike other breathing motion compensation strategies (e.g. breath-hold and gating techniques), 4D radiotherapy assumes treatment delivery over the entire respiratory cycle – an added bonus for both patient comfort and treatment time efficiency. The time-dependent positional and volumetric information holds the promise for optimal, highly conformal, radiotherapy for targets experiencing movements caused by respiration, with potentially elevated dose prescriptions and therefore higher cure rates, while avoiding the uninvolved nearby structures. In this paper, the current state of the 4D treatment planning is reviewed, from theory to the established practical routine. While the fundamental principles of 4D radiotherapy are well defined, the development of a complete, robust and clinically feasible process still remains a challenge, imposed by limitations in the available treatment planning and radiation delivery systems.

Zusammenfassung

Die Entwicklung der 4D-Bildgebung ermöglicht die Einbindung der zeitlichen Dimension in räumliche 3D-Darstellungen der Patientengeometrie durch Einschluss atembedingter Veränderungen in Patientenmodelle. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Bestrahlungsplanung und die Durchführung der Bestrahlung mit dem Ziel eines umfassenden 4D-Bestrahlungsprozesses für Zielvolumina, die der Atembewegung unterliegen. Im Gegensatz zu anderen Kompensationsmethoden für Atembewegungen, wie z.B. Atemanhaltetechniken und Gating, wird bei der 4D-Strahlentherapie die Bewegung über den ganzen Atemzyklus berücksichtigt. Dies verbessert die Patientenakzeptanz und die Behandlungseffizienz. Die Kenntnis zeitabhängiger Veränderungen der Tumorposition und des Behandlungsvolumens ermöglicht eine optimierte, hoch konformale Behandlung trotz Atembewegung. 4D Strahlentherapie ermöglicht die Applikation höherer Dosen mit verbesserten Tumorkontrollraten ohne die Toleranzdose des umliegenden Normalgewebes zu überschreiten. In diesem Übersichtsartikel werden der derzeitige Stand in der 4D-Bestrahlungsplanung sowie der theoretische Hintergrund und etablierte praktische Vorgehensweisen erläutert. Während die Prinzipien der 4D-Strahlentherapie klar definiert sind, wird ein umfassender und klinisch zuverlässiger Prozess durch derzeit verfügbare Planungssysteme und Bestrahlungstechniken limitiert.

Keywords

4D
radiation therapy
imaging
treatment planning
respiration management

Schlüsselwörter

4D
Strahlentherapie
Bildgebung
Bestrahlungsplanung
Atemmanagement

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