Automatisierte 3D-Dosis-Volumen-Verifikation: gut gerüstet für komplexe Planungsszenarien

Die unabhängige Verifizierung war schon immer das zentrale Wertversprechen der RadCalc QA-Software zur Zweitkontrolle -- und sie wird es vermutlich immer bleiben. Seit über 20 Jahren bietet diese Reihe vielfach eingesetzter Qualitätssicherungstools Medizinphysikern und Dosimetristen eine voll automatisierte und unabhängige dosimetrische Verifizierung ihrer Systeme zur Planung strahlentherapeutischer Behandlungen. Außerdem führte die kontinuierliche Produktinnovation zu einer erheblichen Steigerung des Wertversprechens von RadCalc im vergangenen Jahr durch die klinische Einführung der automatisierten 3D-Dosis-Volumen-Verifikation – das Ergebnis der erfolgreichen Integration von Monte-Carlo- und Collapsed-Cone-Algorithmen zur Dosisberechnung in die Plattform. 

„Mit der 3D-Dosisverifizierung bieten wir Anwendern einen höheren Grad an Sicherheit, dass das Behandlungsplanungsvolumen validiert wird. Dabei wird auch die Evaluierung der Planqualität unterstützt, indem die Dosis mit den angrenzenden kritischen Strukturen und Organen, die wegen der Bestrahlung in Gefahr sind, abgeglichen wird“, erklärt Craig Laughton, CTO und Mitgründer des RadCalc Software-Portfolios, das zur LAPs umfassenden Produktpalette für die Strahlentherapie gehört. „Diese Sicherheit lässt sich für die über 2.300 Krebszentren, die RadCalc auf täglicher Basis für die Patienten-QA anwenden, in eine höhere Zielpräzision und eine genauere Dosisverteilung – und letztendlich auch in ein besseres Behandlungsergebnis – übersetzen. Im Rahmen dieses QA-Prozesses muss der Physiker lediglich einen Behandlungsplan über DICOM RT exportieren. RadCalc wird dann unter Einsatz eines Monte-Carlo- bzw. eines Collapsed-Cone-Algorithmus automatisch den Plan verifizieren und innerhalb von Minuten Ergebnisse generieren. Wenn der Behandlungsplan die vorgegebenen Kriterien nicht erfüllt, wird RadCalc den Anwender auffordern, mit Hilfe einer Reihe von Dosisanalyse-Tools die Ursache zu überprüfen. Der Anwender kann den Plan mit Hilfe unserer bewährten, traditionellen Arbeitsabläufe nach Belieben aufteilen", fügt Laughton hinzu, „während die neuen zuverlässigen Funktionen von RadCalc die Ursachen jeglicher Diskrepanz evaluieren und die weitere Vorgehensweise bestimmen“.

Eine 3D-Aufnahme der Patienten-QA

Joshua Robinson und seine Mitarbeiter in Tampa, Florida, war einer der ersten Experte, die den Collapsed-Cone-Convolution-Superposition-Algorithmus von RadCalc in ihrer klinischen Praxis übernommen haben. Robinson ist einer der vier Medizinphysiker, die im Strahlentherapie-Programm der Klinik beschäftigt sind. Er  betreut drei Varian-Behandlungsgeräte (einschließlich eines neuen TrueBeam Edge Systems, das gerade in Betrieb genommen wird) und ein Accuray CyberKnife Behandlungssystem, eine Plattform für robotergestützte Strahlentherapie, die eine breite Anwendung in der Behandlung einer Reihe von Krankheitsindikationen mittels stereotaktischer Strahlenchirurgie (SRS) und stereotaktischer Bestrahlung (SBRT) findet. „Die Krebspatienten, die in unserer Klinik behandelt werden, sind überwiegend männliche Militärveteranen. Daher sehen wir viele Fälle von Prostata-, Lungen- und Kopf- und Halskrebs“, erklärt Robinson. Im Bereich der Patienten-QA ist das James A. Haley Krankenhaus ein langjähriger RadCalc-Kunde, da das Produkt eine Schlüsseltechnologie zur umfassenden Zweitkontrolle in der Abteilung für Strahlentherapie ist. Wir schätzen die RadCalc-Funktionalität sehr – genauso wie die Unterstützung, die angeboten wird“, fügt Robinson hinzu. „Die Software bietet eine leistungsstarke Engine für QA-Berechnungen zur Zweitkontrolle. Zudem lässt sich die intuitive Berichterstattung reibungslos in unseren klinischen Arbeitsablauf integrieren.

Die Tampa-Klinik war als „Leuchtturm-Kunde“ unter den ersten Betatest-Standorten, die ausgesucht wurden, um die RadCalc-Funktionalität der automatisierten 3D-Dosis-Volumen-Verifikation, und insbesondere den Collapsed-Cone-Convolution-Superposition-Algorithmus, zu evaluieren.  Die Motivation, so Robinson, besteht darin, das Vertrauen in die Genauigkeit der QA auch bei schwieriger zu behandelnden klinischen Indikationen – wie etwa bei kleinen Tumorzielen, die von heterogenem Lungengewebe umgeben sind – zu erhalten, aber auch unabhängige QA-Kontrollen bei einer Reihe fortgeschrittener Behandlungsmodalitäten zu liefern, einschließlich SRS, SBRT, intensitätsmodulierter Strahlentherapie (IMRT), volumenmodulierter Strahlentherapie (VMAT) und Hypofraktionierung. „Wir sind noch dabei, den Collapsed-Cone-Algorithmus als Teil unserer täglichen klinischen Praxis zu evaluieren“, bemerkt Robinson.  „Eins ist aber jetzt schon klar: Die 3D-Dosis-Verifizierung erhöht die Wahrscheinlichkeit, ein besseres, genaueres Bild der Dosisverteilung im Körper des Patienten zu erhalten. Man macht die Berechnung auf dem Planungs-CT – genauso wie der TPS die Kalkulation auf dem Planungs-CT macht. Daher verlässt man sich nicht mehr auf nur einen einzigen Dosispunkt für den QA-Vergleich.

Das ist besonders wichtig in anspruchsvolleren Szenarien der Behandlungsplanung, zum Beispiel bei fortgeschrittenem Kopf- und Halskrebs oder bei Prostata- und Enddarmerkrankungen im Spätstadium – Indikationen, die oft größere, stark modulierte Behandlungsfelder erfordern, welche im Hinblick auf herkömmliche QA-Kontrollen problematisch sind.  Kurzfristig sieht Robinson die größte klinische Chance für die 3D-Dosisverifizierung bei den Lungen-SBRT-Patienten des Krankenhauses. Sie ermöglicht es den Behandlungsplanern, die hohe Dosis pro Fraktion zu berücksichtigen und bietet gleichzeitig Vertrauen in die steilen Dosisgradienten, die vom TPS berechnet werden. Je nach Größe des Tumors und dessen Stelle in der Lunge“, erklärt er, “wird von den Dosimetristen eine komplexere Planungsmethode verlangt, um die steilen Dosigradienten zu erreichen, die die Strahlung in der anliegenden Brustwand, dem Herz und den normalen Blutgefässen zu minimieren. Die Gamma-Analyse und die Funktionalität des 3D-Vergleichs von RadCalc helfen uns dabei, das Vertrauen in den Behandlungsplan zu erhalten, zusammen mit unserer Patienten-QA am Behandlungsgerät.“

Die QA-Roadmap

Im Moment arbeitet das RadCalc-Team an den letzten Feinheiten der Software-Roadmap für 2021 und danach, inklusive des bevorstehenden Releases mit 3D-EPID-Funktionalität, für eine echte messungsbasierte IMRT-QA und eine In-Vivo-Verifizierung. Kurz gesagt: RadCalc wird die notwendigen EPID-Daten/Bilddateien importieren, verarbeiten und anschließend an die Collapsed-Cone-Engine zur Dosisberechnung schicken. „Die 3D EPID-Lösung bietet zusammen mit der Log-File-Analyse die umfassendste QA-Lösung auf dem Markt“, schließt Laughton ab. Im Allgemeinen hat die Aufnahme von RadCalc in die LAP-Gruppe (im Januar 2019) neue Wachstumschancen im Rahmen ihrer immer größer werdenden Produktpalette für Strahlentherapie eröffnet. LAPs Angebot für Strahlentherapie-Kunden umfasst derzeit Lasersysteme zur Patientenpositionierung, eine Reihe von QA-Software und Phantome sowie spezielle Technologien zur Strahlformung.

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