Die primäre Bestrahlung stellt eine kurative Therapieoption des lokalen Prostatakarzinoms dar. In den meisten Fällen weist das Prostatakarzinom Multifokalität auf. Studien zeigen, dass die dominante intraprostatische Läsion (DIL), oder Indexläsion, bedeutend für das Progressionsrisiko ist. Der Einbezug einer MRT-Bildgebung in das Management des Prostatakarzinoms ermöglicht hierbei eine überlegene Gewebebeurteilung. In dieser retrospektiven Arbeit wurden 54 Patientenfälle inkludiert, die im Zeitraum 03/2015 bis 03/2017 eine primäre, kurative Bestrahlung eines Prostatakarzinoms am Uniklinikum Würzburg erhalten haben. Es wurde evaluiert, ob im prätherapeutischen Bestrahlungsplanungs-MRT die Identifikation und Konturierung einer DIL möglich ist. In einem weiteren Schritt wurde die Dosisabdeckung der DIL im Bestrahlungsplan analysiert. Zudem wurden die MRT-Befunde mit den histopathologischen Stanzbiopsiebefunden bezüglich der Tumordetektion verglichen und auf Übereinstimmung geprüft. / Primary radiation therapy is a curative treatment option for localized prostate cancer. In most cases, prostate cancer is multifocal. Studies have shown that the dominant intraprostatic lesion (DIL), or index lesion, is relevant for the risk of progression. The inclusion of MR imaging in the management of prostate cancer provides superior soft tissue assessment in this regard. In this retrospective study 54 patient cases were included. All patients had undergone primary radiation therapy for prostate cancer at the University Hospital of Würzburg over a time span ranging from 03/2015 to 03/2017. It was evaluated whether the identification and delineation of the DIL in the pretherapeutic treatment planning MRI is possible. Subsequently dose distribution of the DIL was analysed in the treatment plans. In addition, the MRI findings were compared to the histopathologic punch biopsy findings with respect to tumor detection and examined for concordance.

Aufgrund vieler Verbesserungen der Behandlungsmethoden im Laufe der letzten 60 Jahre, erlaubt die Strahlentherapie heutzutage präzise Behandlungen von statischen Tumoren. Jedoch birgt die Bestrahlung von sich bewegenden Tumoren noch große Herausforderungen in sich, da bewegliche Tumore oft den Behandlungsstrahl verlassen. Dabei reduziert sich die Strahlendosis im Tumor während sich diese im umliegenden gesunden Gewebe erhöht. Diese Forschungsarbeit zielt darauf ab, die Grenzen der Strahlentherapie zu erweitern, um präzise Behandlungen von beweglichen Tumoren zu ermöglichen. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Erstellung eines Echtzeitsystems zur aktiven Kompensation von Tumorbewegungen durch robotergestützte Methoden. Während Behandlungen befinden sich Patienten auf einer Patientenliege, mit der statische Lagerungsfehler vor Beginn einer Behandlung korrigiert werden. Die in dieser Arbeit verwendete Patientenliege "HexaPOD" ist ein paralleler Manipulator mit sechs Freiheitsgraden, der große Lasten innerhalb eines eingeschränkten Arbeitsbereichs präzise positionieren kann. Obwohl der HexaPOD ursprünglich nicht für dynamische Anwendungen konzipiert wurde, wird dieser für eine dauerhafte Bewegungskompensation eingesetzt, in dem Patienten so bewegt werden, dass Tumore präzise im Zentralstrahl während der Dauer einer gesamten Behandlung verbleiben. Um ein echtzeitfähiges Kompensationssystem auf Basis des HexaPODs zu realisieren, muss eine Reihe an Herausforderungen bewältigt werden. Echtzeitaspekte werden einerseits durch die Verwendung eines harten Echtzeitbetriebssystems abgedeckt, andererseits durch die Messung und Schätzung von Latenzzeiten aller physikalischen Größen im System, z.B. Messungen der Tumor- und Atemposition. Neben der konsistenten und durchgängigen Berücksichtigung von akkuraten Zeitinformation, werden alle software-induzierten Latenzen adaptiv ausgeglichen. Dies erfordert Vorhersagen der Tumorposition in die nahe Zukunft. Zahlreiche Prädiktoren zur Atem- und Tumorpositionsvorhersage werden vorgeschlagen und anhand verschiedenster Metriken evaluiert. Erweiterungen der Prädiktionsalgorithmen werden eingeführt, die sowohl Atem- als auch Tumorpositionsinformationen fusionieren, um Vorhersagen ohne explizites Korrelationsmodell zu ermöglichen. Die Vorhersagen bestimmen den zukünftigen Bewegungspfad des HexaPODs, um Tumorbewegungen zu kompensieren. Dazu werden verschiedene Regler entwickelt, die eine Trajektorienverfolgung mit dem HexaPOD ermöglichen. Auf der Basis von linearer und nicht-linearer dynamischer Modellierung des HexaPODs mit Methoden der Systemidentifikation, wird zunächst ein modellprädiktiver Regler entwickelt. Ein zweiter Regler wird auf Basis einer Annahme über das Arbeitsprinzip des internen Reglers im HexaPOD entworfen. Schließlich wird ein dritter Regler vorgeschlagen, der beide vorhergehenden Regler miteinander kombiniert. Für jeden dieser Regler werden vergleichende Ergebnisse aus Experimenten mit realer Hardware und menschlichen Versuchspersonen präsentiert und diskutiert. Darüber hinaus wird die geeignete Wahl von freien Parametern in den Reglern vorgestellt. Neben einer präzisen Verfolgung der Referenztrajektorie spielt der Patientenkomfort eine entscheidende Rolle für die Akzeptanz des Systems. Es wird gezeigt, dass die Regler glatte Trajektorien realisieren können, um zu garantieren, dass sich Patienten wohl fühlen während ihre Tumorbewegung mit Genauigkeiten im Submillimeterbereich ausgeglichen wird. Gesamtfehler werden im Kompensationssystem analysiert, in dem diese zu Trajektorienverfolgungsfehlern und Prädiktionsfehlern in Beziehung gesetzt werden. Durch Ausnutzung von Eigenschaften verschiedener Prädiktoren wird gezeigt, dass die Startzeit des Systems bis die Verfolgung der Referenztrajektorie erreicht ist, wenige Sekunden beträgt. Dies gilt insbesondere für den Fall eines initial ruhenden HexaPODs und ohne Vorwissen über Tumorbewegungen. Dies zeigt die Eignung des Systems für die sehr kurz fraktionierten Behandlungen von Lungentumoren. Das Tumorkompensationssystem wurde ausschließlich auf Basis von klinischer Standard-Hardware entwickelt, die in vielen Behandlungsräumen zu finden ist. Durch ein einfaches und flexibles Design können Behandlungsräume in kosteneffizienter Weise um Möglichkeiten der Bewegungskompensation ergänzt werden. Darüber hinaus werden aktuelle Behandlungsmethoden wie intensitätsmodulierte Strahlentherapie oder Volumetric Modulated Arc Therapy in keiner Weise eingeschränkt. Aufgrund der Unterstützung verschiedener Kompensationsmodi kann das System auf alle beweglichen Tumore angewendet werden, unabhängig davon ob die Bewegungen vorhersagbar (Lungentumore) oder nicht vorhersagbar (Prostatatumore) sind. Durch Integration von geeigneten Methoden zur Tumorpositionsbestimmung kann das System auf einfache Weise zur Kompensation von anderen Tumoren erweitert werden. / Radiation therapy today, on account of improvements in treatment procedures over the last 60 years, allows precise treatment of static tumors inside the human body. However, irradiation of moving tumors is still a challenging task as moving tumors often leave the treatment beam and the radiation dose delivered to the tumor reduces simultaneously increasing that on healthy tissue. This research work aims to push the frontiers of radiation therapy in order to enable precise treatment of moving tumors with focus on research and development of a unique real-time system enabling active motion compensation through robotic means to compensate tumor motion. During treatment, patients lie on a treatment couch which is normally used for static position corrections of patient set-up errors prior to radiation treatment. The treatment couch used, called HexaPOD, is a parallel manipulator with six degrees of freedom which can precisely position heavy loads inside a small region. Despite the HexaPOD not initially built with dynamics in mind, it is used in this work for sustained motion compensation by moving patients such that tumors stay precisely located at the center of the treatment beam during the complete course of treatment. In order to realize real-time tumor motion compensation by means of the HexaPOD, several challanges need to be addressed. Real-time aspects are covered by the adoption of a hard real-time operation system in combination with measurement and estimation of latencies of all physical quantities in the compensation system such as tumor or breathing position measurements. Accurate timing information is respected consistently in the whole system and all software-induced latencies are adaptively compensated for. This requires knowledge of future tumor positions from predictors. Several predictors for breathing and tumor motion predictions are proposed and evaluated in terms of a variety of different performance metrics. Extensions to prediction algorithms are introduced fusing both breathing and tumor position information to allow for predictions without the need of an explicit correlation model. Predictions determine the future motion path of the HexaPOD in order to compensate for tumor motion. Several control schemes are developed to enable reference tracking for the HexaPOD. Based on linear and non-linear dynamic modelling of the HexaPOD with system identification methods, a first controller is derived in the form of a model predictive controller. A second controller is proposed based on an assumption of the working principle of the HexaPOD's internal controller. Finally, a third controller is derived as combination of the first and second one. For each of these controllers, comparative results with real hardware experiments and humans in the loop as well as choices of free parameters are presented and discussed. Apart from precise tracking, emphasis is placed on patient comfort which is of crucial importance for acceptance of the system. It is demonstrated that smooth trajectories can be realized by the controllers to guarantee that patients feel comfortable while their tumor motion is compensated at sub-millimeter accuracies. Overall errors of the system are analyzed by relating them to tracking and prediction errors. By exploiting the properties of different predictors, it is shown that the startup time until tracking is reached can be reduced to only a few seconds, even in the case of an initially at-rest HexaPOD and with no initial knowledge of tumor motion. This makes the system especially suitable for the relatively short-fractionated treatment sessions for lung tumors. The tumor motion compensation system has been developed solely based on standard clinical hardware, found in most treatment rooms. With a simple and flexible design, existing treatment can be updated in a cost-efficient way to introduce motion compensation capabilities. Simultaneously, the system does not impose any constraints on state-of-the-art treatment types such as intensity modulated radiotherapy or volumetric modulated arc therapy. Supporting different compensation modes, the system can be applied to any moving tumor whether its motion is predictable (lung tumors) or unpredictable (prostate tumors). By integration of adequate tumor position determination methods, the system can be easily extended to other tumors as well.

Es wurden die Daten von 119 Meningeompatienten hinsichtlich der lokalen Kontrolle sowie des Gesamtüberlebens und deren Einflussfaktoren untersucht, um dieses Kollektiv hinsichtlich des Therapieerfolges an der Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie der Universität Würzburg auszuwerten. Ferner wurden die akuten und chronischen Nebenwirkungen der Strahlenbehandlung erfasst. Darüber hinaus wurden die Fragebogen QLQ-C30 sowie -BN20 zur Evaluation der Lebensqualität nach der Strahlenbehandlung analysiert. Die Strahlenbehandlung zeigte sich im Rahmen des Follow-Ups von 5,4 Jahren als größtenteils effektive und sichere Behandlungsmethode. Aufgeschlüsselt nach den WHO-Graden lagen die lokalen Kontrollraten bei 93,3% (ohne Histologie), 91,2% (WHO-Grad I), 66,7% (WHO-Grad II) sowie 53,1% (WHO-Grad III) nach fünf Jahren. Nach zehn Jahren lagen die Raten bei 82,0% (ohne Histologie), 91,2% (WHO-Grad I), 46,7% (WHO-Grad II) sowie 42,5% (WHO-Grad III). In der multivariaten Analyse zeigte sich ein grenzwertig signifikanter Unterschied der lokalen Kontrolle für die Histologie (p = 0,050), sowie deutliche Signifikanz zwischen benignen und malignen Meningeomen. Das Gesamtüberleben lag nach fünf Jahren bei 89,6% sowie nach zehn Jahren bei 75,9%. Signifikante Einflussfaktoren in der multivariaten Analyse waren die Histologie sowie die Größe des GTV. Die Rate an medizinisch signifikanten (CTCAE ≥3) akuten und chronischen Nebenwirkungen war niedrig (5,9% bzw. 4,2%) und vergleichbar mit den Daten der Literatur. Die Arbeit liefert erstmalig Lebensqualitätsdaten mittels der Fragebogen der EORTC an einem reinen Meningeomkollektiv, bei dem alle Patienten eine Strahlenbehandlung erhielten. Diese zeigen schlechtere Werte im Vergleich zur Normalbevölkerung. Ebenso weisen sie auf eine Verschlechterung der Lebensqualität im Laufe der Tumorbehandlung hin. Dies ist allerdings aufgrund des einmaligen Messzeitpunktes und des fehlenden Vergleichskollektivs weder auf die Operation, noch auf die Bestrahlung kausal zurückführbar. Um den genauen Stellenwert der Strahlentherapie im Therapieregime der Meningeome abhängig von der Histologie beurteilen zu können sowie diese Ergebnisse zu verifizieren und zu festigen, sind aufwendige prospektive Studien nötig. Diese werden zum Teil aktuell durchgeführt. Regelmäßige Kontrollen der Lebensqualität sowie der Nebenwirkungen sollen erhoben und ausgewertet werden, um die Auswirkungen der Therapie möglichst allumfassend darstellen zu können. / The data of 119 meningioma patients were examined with regard to local control as well as overall survival and their influencing factors in order to evaluate this collective with regard to therapy success at the Clinic and Polyclinic for Radiotherapy of the University of Wuerzburg. Furthermore, the acute and chronic side effects of this radiation treatment were recorded. In addition, the questionnaires QLQ-C30 and -BN20 were analysed to evaluate the quality of life after radiation treatment. The radiation treatment proved to be a largely effective and safe treatment method during the follow-up of 5.4 years. Broken down by WHO grade, local control rates were 93.3% (without histology), 91.2% (WHO grade I), 66.7% (WHO grade II) and 53.1% (WHO grade III) after five years. After ten years the rates were 82.0% (without histology), 91.2% (WHO grade I), 46.7% (WHO grade II) and 42.5% (WHO grade III). The multivariate analysis showed a borderline significant difference in local control for histology (p = 0.050), as well as clear significance between benign and malignant meningiomas. Overall survival was 89.6% after five years and 75.9% after ten years. Significant influencing factors in the multivariate analysis were histology and the size of the GTV. The rate of clinically significant (CTCAE ≥3) acute and chronic adverse events was low (5.9% and 4.2%, respectively) and comparable to the data in the literature. This work provides for the first time quality of life data using the EORTC questionnaires on a collective with just meningioma patients, in which all patients received radiation treatment. These show worse values compared to the normal population. They also indicate a deterioration in quality of life during tumor treatment. However, due to the unique measurement time and the lack of a comparative collective, this cannot be causally attributed to either the surgery or the radiation treatment. Extensive prospective studies are necessary to assess the exact role of radiotherapy in the treatment regime of meningiomas depending on the histology and to verify and consolidate these results. Some of these studies are currently being conducted. Regular controls of the quality of life as well as the side effects should be collected and evaluated in order to be able to present the effects of the therapy as comprehensively as possible.

Die vorliegende Arbeit soll dazu dienen, die Strahlentherapie bei Patienten mit histologisch gesichertem, nicht-kleinzelligen Bronchialkarzinom nach 3D-konformalem sowie intensitätsmoduliertem Schema anhand definierter Outcome-Parameter und ihrer Nebenwirkungsraten zu vergleichen. Insgesamt wurde für diese monozentrisch durchgeführte Studie mit retrospektivem Design ein Kollektiv aus 111 Patienten/-innen untersucht. Anhand des untersuchtem Kollektivs konnte gezeigt werden, dass beide Therapieverfahren bezüglich der Überlebensraten und der Rezidiv- bzw. Metastasierungshäufigkeit im Rahmen des beobachteten Studienzeitraums miteinander vergleichbar sind. Auch für die Häufigkeit akuter Therapie-assoziierter Nebenwirkungen konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Bestrahlungstechniken nachgewiesen werden; dagegen trat eine chronische Strahlenpneumonitis häufiger in der Patientengruppe auf, die primär eine 3D-CRT erhalten hatte. / The purpose of this study is to compare radiotherapy in patients with histologically confirmed non-small cell lung cancer treated by means of 3D conformal as well as intensity modulated regimens on the basis of defined outcome parameters and their side effect rates. A total of 111 patients were examined for this monocentric study with retrospective design. On the basis of the investigated collective, it could be shown that both therapy methods are comparable with each other with regard to the survival rates and the recurrence or metastasis frequency within the observed study period. Also regarding the frequency of acute therapy-associated side effects, no significant difference between the two radiation techniques could be demonstrated; in contrast, chronic radiation pneumonitis occurred more frequently in the patient group that had primarily received 3D-CRT.

In dieser Arbeit wird die intraoperative Boost-Bestrahlung mit 9 oder 20 Gy bei Mammakarzinompatientinnen evaluiert. Es werden das onkologische Ergebnis, die bestrahlungsassoziierte Toxizität, das kosmetische Therapieergebnis und die Lebensqualität ausgewertet. Die Analyse bezieht sich auf 124 Fälle im frühen Brustkrebsstadium. / This paper evaluates the use of intraoperative boost irradiation with 9 or 20 Gy in breast cancer patients. The study assesses the oncological outcome, radiation-associated toxicity, cosmetic therapeutic outcome and quality of life. The analysis refers to 124 cases of early-stage breast cancer.

Das adrenokortikale Karzinom (ACC) ist eine seltene Tumorerkrankung der Nebennierenrinde. Die Prognose ist im Allgemeinen ungünstig und vom Tumorstadium sowie von weiteren tumor- und patientenspezifischen Faktoren abhängig. Die chirurgische Komplettresektion stellt das bisher einzige kurative Behandlungsverfahren dar. Dabei gibt es bisher für sonstige Lokaltherapien beim fortgeschrittenen bzw. rezidivierten ACC kaum umfangreiche Daten, welche die entsprechende lokale Wirksamkeit belegen. Neben der Operation stellt die Strahlentherapie eine bisher effektive Therapieoption bei verschiedenen anderen Tumorerkrankungen hinsichtlich Tumorkontrolle, Verträglichkeit und Zugänglichkeit dar. Allerdings ist diese Option in der Behandlung des fortgeschrittenen ACC als Lokaltherapie bislang nicht mit zufriedenstellenden Datensätzen umfänglich untersucht. Ziel dieser Studie war es, anhand einer retrospektiven Datenanalyse aus dem European Network for the Study of Adrenal Tumours (ENSAT) den Stellenwert der Strahlentherapie als Lokaltherapie beim fortgeschrittenen bzw. rezidivierten ACC zu untersuchen. Es wurden insgesamt 132 Fälle hinsichtlich strahlentherapeutischer Dosis, Lokalkontrolle, progressionsfreiem Überleben, Gesamtüberleben, objektivem Ansprechen, Verträglichkeit und Risikofaktoren untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Anwendung einer hohen biologischen Effektivdosis mit einer verbesserten lokalen Tumorkontrolle einhergeht. Insgesamt zeigte sich eine gute Verträglichkeit der strahlentherapeutischen Behandlung. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass wahrscheinlich weitere Risikofaktoren mit Rezidiven dieser Tumorart einhergehen, allerdings weitere Untersuchungen (z.B. randomisierte prospektive Studien) erfordern. Letztendlich stellt diese Arbeit auch die angewandten Dosis- und Fraktionierungskonzepte der vergangenen Jahrzente bei der Behandlung des ACC dar. / Adrenocortical carcinoma (ACC) is a rare malignancy of the adrenal cortex. The prognosis is generally poor and depends on the tumour stage but also on other tumour- and patient-specific factors. Complete surgical resection might be the only curative treatment option so far. Currently there is no data in a satisfactory extent, proving the local effectiveness for other local therapies in advanced ACC. In addition to surgery, radiotherapy has been described as an effective treatment option for various tumor diseases in terms of tumour control, tolerability and accessibility. However, this option as local therapy in the treatment of advanced ACC has not yet been investigated with satisfactory comprehensive data sets. The aim of this study was a retrospective data analysis from the European Network for the Study of Adrenal Tumors (ENSAT) to investigate the role of radiotherapy as a local therapy in advanced or relapsed ACC. A total of 132 cases were examined with regard to radiotherapy treatment dose, local control, progression free survival, overall survival, objective response, tolerability and other risk factors. It has been shown that the use of a high biological effective dose is associated with improved local tumour control. Overall, the radiotherapy treatment was well tolerated. The results of this study suggest that additional risk factors are probably associated with tumour recurrences but require further investigation (e.g. randomized prospective studies). Finally, this work also presents the dosage and fractionation concepts used over the past decades in the treatment of ACC.

No abstract available

Leipzig, University, Diss., 2006.

Zugl.: Kaiserslautern, Techn. University, Diss., 2006.

Tübingen, Univ., Diss., 2007.