Stereotaktische Strahlenchirurgie und -therapie (SRS/SRT) weisen sich durch sehr konformale und hochpräzise Dosisverteilungen aus. Im Kopfbereich ist SRS/SRT eine etablierte Behandlungsmethode. Um diese Technik in anderen Körperregionen anwenden zu können, wurden verschiedene Positionierungs- und Fixierungsmethoden, sowie der Einsatz von 9 verschiedene Bestrahlungstechniken untersucht. Es wurde auch die Genauigkeit von 2 Dosisalgorithmen evaluiert. Jeweils eine thermoplastische Maske für den Kopf- und den Kopf-Hals-Bereich, sowie ein Doppelvakuumsystem für extrakraniale Regionen wurden untersucht. Die Kopfmaske erreichte im Durchschnitt eine Genauigkeit von 1,8mm (Fehler 0,9mm), mit einem Oberkiefersupport auf 0,96mm +/- 0,25mm. Die Kopf-Hals-Maske zeigte mit 0,7mm +/- 0,4mm, dass ihre Verwendung in der SRS/SRT möglich ist. Für die Genauigkeit des Doppelvakuums wurde durchschnittlich 7,0mm +/-3,5mm ermittelt. Relativ zum Vakuumkissen wurde eine Genauigkeit von 1,6mm +/- 1,87mm gemessen. Evaluierungsmethoden waren IR-Marker, die mittels Zahnabdruck am Patienten fixiert wurden und fusionierte Wiederholungs-CTs, in denen die Verschiebung von Landmarken am Positionierungssystem und im Patienten vermessen wurden. Bei den Bestrahlungstechniken sind 3 Techniken durch gute Ergebnisse aufgefallen. Stehfeldtechnik, dynamischer Arc und IMRT zeigten mit einem 3mm-mMLC hohe Konformität und Homogenität auf. Die ersten beiden Techniken erreichten steile Dosisgradienten, wohingegen die IMRT bei komplexen Zielgebieten und nahen Risikostrukturen auffiel und immer die geforderte 90%-Umschließende erreichte. Die Verifizierung der Dosisalgorithmen erfolgte anhand von Filmen. 8 Pläne wurden jeweils auf einem Film in Isozentrumsebene abgebildet und ein Vergleich mit der berechneten Dosis von Clarkson- und Pencil-Beam-Algorithmus mit Hilfe der Gamma-Evaluation durchgeführt. Beide Algorithmen sind für die SRS/SRT geeignet, der Pencil-Beam-Algorithmus zusätzlich für die IMRT verwendbar. / Stereotactic radiation surgery and therapy (SRS/SRT) are able to deliver conformal and precise dose distributions. For brain lesions SRS/SRT is a well-established technique. Its success increases interest to use it in other areas of the body. For this, evaluation of different patient positioning and treatment techniques, as well as dose algorithms have been performed. As patient fixation and positioning systems, 2 thermoplastic masks were evaluated for lesions located in the brain and the head and neck. In addition a double vacuum system for extra cranial treatments was used. The precision for the head mask was on average 1,8mm +/- 0,9mm, with an upper jaw support 0,9mm +/- 0,25mm. The head and neck mask realized a reproducibility of 0,7mm +/- 0,4mm and proved its use for SRS/SRT. For extra cranial positioning an average lesion misplacement of 7,0 mm +/-3,5 mm was measured. Relative to the vacuum cushion the accuracy was measured to be 1,6mm +/- 1,9mm. Infrared reflecting marker fixed precisely (+/- 0,6mm) with a dental impression and repeated CTs fused and landmark evaluated were successfully used to evaluate the patient fixation and positioning devices. 3 out of 9 treatment techniques had outstanding results. Static beams, dynamic arcs and IMRT all performed with a 3mm-mMLC showed a high conformity and homogeneity. The first two showed steep dose gradients and the later coped best with complex target shapes, close-by risk organs, and achieving 90% dose coverage. Verification of 2 algorithms was established with film. 8 plans were irradiated on film at isocenter and compared to calculations with Clarkson and pencil beam algorithm. Final evaluation was done using Gamma evaluation. Both algorithms showed their ability for SRS/SRT. The pencil beam algorithm is also capable of calculating IMRT plans. Summing the results the finding show that the use of some of the SRS-SRT techniques used for the head may be transferred for the use in extra cranial areas.

The Gamma Knife is a non-invasive stereotactic radiosurgery system used for treatments of deep targets in the brain. Accurate patient positioning is needed for precise radiation delivery to the target. The two latest versions of the Gamma Knife allow fractionated treatment by co-registering Cone-beam computed tomography (CBCT) images of the patient's position in the Gamma Knife with a diagnostic magnetic resonance (MR) image used for treatment planning. However, CBCT images often suffer from artifacts that degrade image quality, which may result in less accurate co-registration. This thesis project investigates the potential of a new reconstruction framework developed by Elekta, which incorporates scattering correction and noise filters, for the reconstruction of Gamma Knife CBCT images. The performance of the new reconstruction framework, along with its noise filter and scatter correction, is quantified using image quality metrics of phantoms, including contrast, uniformity, spatial resolution, and CT-number accuracy. Additionally, brain CBCT images of five patients are co-registered with their diagnostic MR images, and the mean target registration error is measured. The results indicate that the new reconstruction framework, without using scatter correction and noise filtering, performs equally well as the current framework in reconstructing Gamma Knife CBCT images, as it achieved similar image quality and co-registration accuracy. However, when the scatter correction was used, there were improvements in image uniformity and CT-number accuracy without compromising spatial resolution. Additionally, the introduction of a noise filter resulted in an improved contrast-to-noise ratio and low contrast visibility with minimal compromise of spatial resolution. Despite these image quality enhancements, there were no consistent improvements in co-registration accuracy, indicating that the co-registration is not sensitive to scatter or noise artefacts. / Gammakniven är en medicinteknisk apparat som används för icke-invasiv stereotaktisk strålkirurgi vid behandling av djupa mål i hjärnan. För att uppnå precision i strålbehandlingen krävs noggrann patientpositionering. De två senaste versionerna av Gammakniven tillåter fraktionerad behandling genom att co-registrera cone-beam computed tomography (CBCT)-bilder av patientens position i Gammakniven med en diagnostisk magnetresonans (MR)-bild som används för behandlingsplanering. Tyvärr lider CBCT-bilder ofta av artefakter som kan försämra bildkvaliteten och därmed minska precisionen i co-registreringen. Detta examensarbete undersöker ett nytt rekonstruktionsramverk som utvecklats av Elekta. Det nya rekonstruktionsramverket och dess tillhörande brusfilter och spridningskorrigering utvärderas för rekonstruktion av Gammaknivens CBCT bilder med hjälp av bildkvalitetsmått för fantomer, såsom kontrast, uniformitet, spatial upplösning och noggrannhet i CT-nummer. Dessutom co-registreras CBCT-bilder från fem patienter med deras diagnostiska MR-bilder, och det genomsnittliga registreringsfelet mäts. Resultaten visar att det nya rekonstruktionsramverket, utan användning av spridningskorrigering och brusfiltrering, presterar lika bra som det nuvarande ramverket för rekonstruktion av CBCT-bilder från Gammakniven. Båda ramverken ger liknande bildkvalitet och noggrannhet i co-registreringen av bilderna. Vid användning av spridningskorrigering observerades förbättringar i uniformiteten och noggrannheten i CT-nummer utan att den spatiala upplösningen försämrades. Införandet av brusfilter resulterade i ett förbättrat kontrast-brus-förhållande och synlighet av svaga kontrastskillnader med endast lite avkall på den spatiala upplösningen. Trots dessa förbättringar i bildkvaliteten observerades ingen konsekvent förbättring av noggrannheten i co-registreringen av bilderna, vilket tyder på att co-registreringen inte påverkas av spridnings- eller brusartefakter i stor utsträckning.