Die vorliegende Arbeit untersucht die stereotaktische Bestrahlung von Lungenmetastasen am Universitätsklinikum Würzburg im Zeitraum von 1997 bis 2012. In diesem Zeitraum wurden am Institut für Strahlentherapie der Universitätsklinik Würzburg 102 Patienten bestrahlt. Es sollen Einflussfaktoren auf die wesentlichen Endpunkte lokale Kontrolle, systemische Kontrolle und das Überleben identifiziert werden. Die Arbeit zeigt, dass die stereotaktische Bestrahlung eine nebenwirkungsarme und effektive Therapie von Lungenmetastasen darstellt und soll einen Beitrag dazu leisten, die Einflüsse und Ergebnisse der stereotaktischen Bestrahlung zu objektivieren und zusätzliches Datenmaterial für zukünftige Studien liefern. Das untersuchte Kollektiv der Universitätsklinik Würzburg gehört zum Zeitpunkt der Studie zu den größten in den auf diesem Gebiet durchgeführten Single-Center-Studien. / The study examines the stereotactic body radiation therapy of lung metastases at the University Hospital of Würzburg in the period from 1997 to 2012. 102 patients were treated at the Institute for Radiotherapy of the University Hospital of Würzburg during this period. Factors influencing the essential endpoints of local control, systemic control and overall survival are to be identified. This study shows that SBRT is an effective therapy for lung metastases with few side effects and should contribute to objectifying the influences and results of stereotactic radiation and provide additional data material for future studies. At the time of the study, the investigated collective of the University Hospital of Würzburg is one of the largest single-centre studies conducted in this field.

In der vorliegenden Arbeit wurden die Häufigkeit und mögliche Prädiktoren für eine überoptimistische Therapiezieleinschätzung von palliativ bestrahlten onkologischen Patienten der Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie des Universitätsklinikum Würzburg untersucht. Dazu wurden die Frage zur Therapiezieleinschätzung, die Integrated Palliative Care Outcome Scale (IPOS), das Distress-Thermometer und das Fatigue-Screening aus dem Patientenselbsteinschätzungsbogen, den die Patienten routinemäßig vor dem ärztlichen Erstgespräch erhalten, sowie soziodemographische und krankheitsbezogene Daten aus der elektronischen Patientenakte analysiert (Untersuchungszeitraum 05/2018–05/2019). Die Einschätzung des Therapieziels galt als überoptimistisch, wenn ein Patient fälschlicherweise von dem Behandlungsziel „Heilung“ ausging. Von einer realistischen Therapiezieleinschätzung wurde ausgegangen, wenn ein Patient von der Nichtheilbarkeit seiner Krebserkrankung ausging. Insgesamt wurden Daten von 283 Patienten ausgewertet, davon 133 Frauen (47%) und 150 Männer (53%). Das mittlere Alter lag bei 66,7 Jahren (Spannweite 30–95 Jahre). Die drei häufigsten Tumorentitäten waren Lungen- (26,9%), Brust- (18,0%) und Prostatakrebs (10,2%). 64,7% (183/283) der Patienten dieser Studie schätzten ihr Therapieziel überoptimistisch ein. Es fanden sich statistisch signifikante Zusammenhänge (p<0,05) mit einzelnen IPOS-Items, der bisherigen Dauer der Therapie unter palliativer Intention und dem Karnofsky-Index . Die beiden Variablen „Dauer der Therapie unter palliativer Intention“ und „Karnofsky-Index“ wurden in einer binär logistischen Regression als Prädiktoren für eine überoptimistische Therapiezieleinschätzung identifiziert. Da die Selbsteinschätzung vor der Erstbegegnung mit dem Strahlentherapeuten erfolgte, bleibt offen, inwieweit die Patienten- und Arzteinschätzung nach dem Aufklärungsgespräch häufiger übereinstimmen als in der vorliegenden Studie (35,3% realistische Therapiezieleinschätzung). / In the present study, the frequency and possible predictors for an overoptimistic therapy goal assessment of palliative irradiated oncological patients of the Clinic and Polyclinic for Radiotherapy of the University Hospital Würzburg were investigated. For this purpose, the question on therapy goal assessment, the Integrated Palliative Care Outcome Scale (IPOS), the distress thermometer, and the fatigue screening from the patient self-assessment questionnaire, which patients routinely receive before the initial medical consultation, as well as sociodemographic and disease-related data from the electronic patient record were analyzed (study period 05/2018-05/2019). The assessment of the therapy goal was considered overoptimistic if a patient incorrectly assumed the treatment goal to be "cure." Realistic treatment goal assessment was considered when a patient assumed that his or her cancer was not curable. A total of 283 patients' data were analyzed, including 133 women (47%) and 150 men (53%). The mean age was 66.7 years (range 30-95 years). The three most common tumor entities were lung (26.9%), breast (18.0%), and prostate (10.2%) cancer. 64.7% (183/283) of patients in this study were overoptimistic about their treatment goal. Statistically significant associations (p<0.05) were found with individual IPOS items, previous duration of therapy under palliative intention, and the Karnofsky index. The two variables "duration of therapy under palliative intention" and "Karnofsky index" were identified in a binary logistic regression as predictors for an overoptimistic therapy goal assessment. Because self-assessment was performed before the initial encounter with the radiotherapist, the extent to which patient and physician assessments matched more often after the consultation than in the present study (35.3% realistic therapy goal assessment) remains open.

Prostatakarzinome haben Tumoranteile mit heterogener biologischer Aggressivität. Studien zur dosiseskalierten Radiotherapie konnten demonstrieren, dass die dominante intraprostatische Läsion (DIL) eine besondere Bedeutung für den klinischen Verlauf hat. Akkumulierte Strahlendosen bei einer primären Radiotherapie für lokal begrenzte Prostatakarzinome weichen aufgrund veränderter anatomischen Bedingungen während der Bestrahlungen von den geplanten Referenzdosen ab. Die akkumulierte Strahlendosis in den DILs und somit auch etwaige Dosisunterschiede von ventral und dorsal in der Prostata befindlichen DILs sind bislang unbekannt. Die vorliegende Arbeit stellt eine Methode zur Dosisevaluation der Akkumulationsdosis in den DILs vor, bei dem die Bildinformationen der bei der Patientenlagerung vor der Bestrahlung verwendeten CTs (CBCTs) genutzt werden. Nach einer rigiden Registrierung anhand der Verschiebungsvektoren sowie einer deformierbaren Registrierung von CBCTs auf das jeweilige Planungs-CT unter Einbeziehung des Bestrahlungsplans wurden Dosisverteilungen in den CBCTs auf das Planungs-CT rückübertragen, welche schließlich dosimetrisch analysiert und mit einem bayesianischen Statistikverfahren (BEST nach Kruschke) getestet wurden. Die Verschiebungsvektoren der Behandlungsliege beim Set-up der Patienten wurden außerdem deskriptiv untersucht und eine Fehleranalyse nach van Herk durchgeführt. / Prostate carcinomas have tumour components with heterogeneous biological aggressiveness. Studies on dose-escalated radiotherapy have demonstrated that the dominant intraprostatic lesion (DIL) is of particular importance for the clinical course. Accumulated radiation doses in primary radiotherapy for localised prostate carcinomas deviate from the planned reference doses due to altered anatomical conditions during radiotherapy. The accumulated radiation dose in the DILs and thus any dose differences between DILs located ventrally and dorsally in the prostate are still unknown. The present work presents a method for dose evaluation of the accumulated dose in the DILs using the image information of the CTs (CBCTs) used during patient positioning prior to irradiation. After a rigid registration based on the displacement vectors and a deformable registration of CBCTs to the respective planning CT including the radiation plan, dose distributions in the CBCTs were transferred back to the planning CT, which were finally analysed dosimetrically and tested with a Bayesian statistical method (BEST according to Kruschke). The displacement vectors of the treatment couch during patient set-up were also analysed descriptively and an error analysis according to van Herk was performed.

In der heutigen Strahlentherapie kann durch eine am Linearbeschleuniger integrierte Röntgenröhre eine 3D-Bildgebung vor der Bestrahlung durchgeführt werden. Die sogenannte Kegel-Strahl-CT (Cone-Beam-CT, CBCT) erlaubt eine präzise Verifikation der Patientenlagerung sowie ein Ausgleich von Lagerungsungenauigkeiten. Dem Nutzen der verbesserten Patientenlagerung steht jedoch bei täglicher Anwendung eine erhöhte, nicht zu vernachlässigbare Strahlenexposition des Patienten gegenüber. Eine Verringerung des Dosisbeitrages bei der CBCT-Bildgebung lässt sich durch Reduzierung des Stroms zur Erzeugung der Röntgenstrahlung sowie durch Verringerung der Anzahl an Projektionen erreichen. Die so aufgenommen Projektionen lassen sich dann aber nur durch aufwendige Rekonstruktionsverfahren zu qualitativ hochwertigen Bilddatensätzen rekonstruieren. Ein Verfahren, dass für die Rekonstruktion vorab vorhandene Vorwissensbilder verwendet, ist der Prior-Image- Constrained-Compressed-Sensing-Rekonstruktionsalgorithmus (PICCS). Die Rekonstruktionsergebnisse des PICCS-Verfahrens übertreffen die Ergebnisse des auf den konventionellen Feldkamp-Davis-Kress-Algorithmus (FDK) basierenden Verfahrens, wenn nur eine geringe Anzahl an Projektionen zur Verfügung steht. Allerdings können bei dem PICCS-Verfahren derzeit keine großen Variationen in den Vorwissensbildern berücksichtigt werden und führen zu einer geringeren Bildqualität. Diese Variationen treten insbesondere durch anatomische Veränderungen wie Tumorverkleinerung oder Gewichtsveränderungen auf. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand folglich darin, einen neuen vorwissensbasierten Rekonstruktionsalgorithmus zu entwickeln, der auf Basis des PICCS-Verfahrens zusätzlich die Verwendung von lokalen Verlässlichkeitsinformationen über das Vorwissensbild ermöglicht, um damit die Variationen in den Vorwissensbildern bei der Rekonstruktion entsprechend berücksichtigen zu können. Die grundlegende Idee des neu entwickelten Rekonstruktionsverfahrens ist die Annahme, dass die Vorwissensbilder aus Bereichen mit kleinen und großen Variationen bestehen. Darauf aufbauend wird eine Gewichtungsmatrix erzeugt, die die Stärke der Variationen des Vorwissens im Rekonstruktionsalgorithmus berücksichtigt. In Machbarkeitsstudien wurde das neue Verfahren hinsichtlich der Verbesserung der Bildqualität unter Berücksichtigung gängiger Dosisreduzierungsstrategien untersucht. Dazu zählten die Reduktion der Anzahl der Projektionen, die Akquisition von Projektionen mit kleinerer Fluenz sowie die Verkleinerung des Akquisitionsbereiches. Die Studien erfolgten an einem Computerphantom sowie insbesondere an experimentellen Daten, die mit dem klinischen CBCT aufgenommen worden sind. Zum Vergleich erfolgte die Rekonstruktion mit dem Standardverfahren basierend auf der gefilterten Rückprojektion, dem Compressed Sensing- sowie dem konventionellen PICCS-Verfahren. Das neue Verfahren konnte in den untersuchten Fällen Bilddatensätze mit verbesserter bis ausgezeichneter Qualität rekonstruieren, sogar dann, wenn nur eine sehr geringe Anzahl an Projektionen oder nur Projektionen mit starkem Rauschen zur Verfügung standen. Demgegenüber wiesen die Rekonstruktionsergebnisse der anderen Algorithmen starke Artefakte auf. Damit eröffnet das neu entwickelte Verfahren die Möglichkeit durch die Integration von Zuverlässigkeitsinformationen über die vorhandenen Vorwissensbildern in den Rekonstruktionsalgorithmus, den Dosisbeitrag bei der täglichen CBCT-Bildgebung zu minimieren und eine ausgezeichnete Bildqualität erzielen zu können. / The treatment of cancer in radiation therapy is achievable today by techniques that enable highly conformal dose distributions and steep dose gradients. In order to avoid mistreatment, these irradiation techniques have necessitated enhanced patient localization techniques. With an integrated x-ray tube at modern linear accelerators kV-projections can be acquired over a sufficiently large angular space and can be reconstructed to a volumetric image data set from the current situation of the patient prior to irradiation. The so-called Cone-Beam-CT (CBCT) allows a precise verification of patient positioning as well as adaptive radiotherapy. The benefits of an improved patient positioning due to a daily performed CBCT's is contrary to an increased and not negligible radiation exposure of the patient. In order to decrease the radiation exposure, substantial research effort is focused on various dose reduction strategies. Prominent strategies are the decrease of the charge per projection, the reduction of the number of projections as well as the reduction of the acquisition space. Unfortunately, these acquisition schemes lead to images with degraded quality with the widely used Feldkamp-Davis-Kress image reconstruction algorithm. More sophisticated image reconstruction techniques can deal with these dose-reduction strategies without degrading the image quality. A frequently investigated method is the image reconstruction by minimizing the total variation (TV), which is also known as Compressed Sensing (CS). A Compressed Sensing-based reconstruction framework that includes prior images into the reconstruction algorithm is the Prior-Image-Constrained- Compressed-Sensing algorithm (PICCS). The images reconstructed by PICCS outperform the reconstruction results of the conventional Feldkamp-Davis-Kress algorithm (FDK) based method if only a small number of projections are available. However, a drawback of PICCS is that major deviations between prior image data sets and the follow up reconstructed images are not appropriate considered so far. These deviations may result from changes in anatomy including tumour shrinkage and loss of weight and may result in a degraded image quality of the reconstructed images. Deformable registration methods that adapt the prior images adequately can compensate this shortcoming of PICCS. Such registration techniques, however, suffer from limited accurateness and much higher computation time for the overall reconstruction process. Therefore, the aim of this thesis was to develop a new knowledge-based reconstruction algorithm that incorporates additionally local dependent reliability information about the prior images into reconstruction algorithm. The basic idea of the new algorithm is the assumption that the prior images are composed of areas with large and of areas with small deviations. Accordingly, the areas of the prior image were assigned as variable where substantial deformations due to motion or change in structure over the time series were expected. Hence, these regions were not providing valuable structural information for the anticipated result anymore. In contrast, “a priori” information was assigned to structurally stationary areas where no changes were expected. Based on this composition, a weighting matrix was generated that considers the strength of these variations during reconstruction. The new algorithm was tested in different feasibility studies to common dose reduction strategies. These dose reduction strategies includes the reduction of the number of projections, the acquisition of projections with strong noise and the reduction of the acquisition space. The main aim of this work was to demonstrate the gain of image quality when prior images with major variations are used compared to standard reconstruction techniques. The studies were performed with a computer phantom, and in particular with experimental data that have been acquired with the clinical CBCT. The new reconstruction framework yields images with substantially improved quality even when only a very small number of projections or projections with high noise were available. These images contained less streaking, blurring and inaccurately reconstructed structures compared to the images reconstructed by FDK, CS and conventional PICCS. In conclusion, the new developed reconstruction framework indicate the potential to lowering the radiation dose to the patient due to daily CBCT imaging while maintaining good image quality.

Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2009

Zugl.: Bremen, Univ., Diss., 2005

Zugl.: Leipzig, Univ., Diss., 2009

Univ., Diss., 2010--Marburg.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Frailty-Screening mittels Clinical Frailty Scale (CFS) bei 246 Patienten im Alter ≥70 Jahren in die klinische Routine der Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie des Universitätsklinikums Würzburg eingeführt. Die prospektive Erhebung der CFS erfolgte nach entsprechender Schulung innerhalb eines Zeitraums von 6 Monaten im Rahmen des Erstgespräches vor fraktioniert perkutaner Radiatio. In einem sekundären Projektabschnitt wurden innerhalb eines Nachbeobachtungszeitraumes von insgesamt 365 Tagen nach Bestrahlungsbeginn Komplikationen retrospektiv erfasst. Nach entsprechender Mitarbeiterschulung wurde eine erfolgreiche Implementierung des Frailty-Screenings in die klinische Routine erzielt. In der schließenden statistischen Auswertung zeigte sich ein höheres Ausmaß an Frailty prädiktiv für einen komplikationsreichen Therapieverlauf. Dabei wurden akute Toxizität, Therapieabbrüche, stationäre Notaufnahmen, sowie ein Versterben analysiert. Abschließend wurde analysiert, ob sich innerhalb des ECOG Performance Status Subgruppen mittels Frailty identifizieren ließen. Dabei wurde ein besonderes Augenmerk auf das Vorliegen gebrechlicher Patienten innerhalb der Patientengruppen mit verhältnismäßig guter Funktion (ECOG 0 bzw. 1) gelegt. In Zusammenschau der Befunde des PS (ECOG) und CFS zeigten sich innerhalb der ECOG Grad 0 und Grad 1 eine heterogene Aufteilung „fitter“ bis „gebrechlicher" Patienten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass ein Frailty-Screening mittels CFS nach entsprechender Schulung im radioonkologischen Alltag umsetzbar ist und in ein Gesamtkonzept eingebettet werden sollte. Aufgrund des prädiktiven Wertes in Bezug auf ein negatives Outcome und dem Vorliegen von Gebrechlichkeit auch bei Patienten mit verhältnismäßig gutem PS (ECOG 0, 1), könnten ältere Patienten von einem zusätzlichen Frailty-Screening profitieren, dies insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Inanspruchnahme radioonkologischer Therapien. / In this study, a frailty screening was implemented into the initial clinical outpatient examination at the Department of Radiation Oncology at the University Hospital in Würzburg using the Clinical Frailty Scale (CFS). Within a period of 6 months, 246 patients over the age of 70 were prospectively assessed prior to percutaneous fractionated radiotherapy. Up to 365 days after therapy, complications were retrospectively analyzed. After multiple training sessions, frailty screening was accurate. Statistical analysis indicated that frailty was a predictor of radiotherapy-associated complications, including acute toxicity, treatment interruption, emergency hospital admittance and death. Furthermore, subgroups were displayed within performance status (ECOG) using the CFS and frail patients were identified within those with better performance status (ECOG 0 and ECOG 1). This study succeeded in demonstrating successful implementation of frailty screening after training and underlines the predictive value of using frailty to identify patients with risk higher risk of negative outcome in radiotherapy. As frail patients may be concealed within groups with better performance status, patients may benefit from additional screening, especially when taking the rising age of patients undergoing radiotherapy into account.

Patienten mit Hirnmetastasen weisen eine limitierte Prognose auf. Um diese Prognose besser abschätzen zu können, wurden verschiedene Prognosescores entwickelt. Der EC-Score ist ein sehr einfach bestimmbarer Summenscore basierend auf extrakraniellen Faktoren. In dieser retrospektiven Arbeit wurden 538 Patientenfälle inkludiert, die im Zeitraum 10/1998 bis 11/2017 eine Bestrahlung ihrer Hirnmetastasen am Uniklinikum Würzburg erhalten haben. Der EC-Score konnte bei 173 der Patientenfälle ausgewertet werden. Zusätzlich wurden die bereits etablierten DS-GPA- und RPA-Score am eigenen Patientenkollektiv angewendet und mit dem EC-Score verglichen. Im Ergebnis stellt diese Arbeit eine wichtige unabhängige externe Validierung des EC-Scores dar. Der Score ermöglicht es, Patienten sicher zu identifizieren, welche nicht von einer Bestrahlung ihrer Hirnmetastasen profitieren würden. / Development of brain metastases is accompanied by poor prognosis. In order to improve prognosis estimation, various prognosis scores has been developed. The EC score is a very easily determinable sum score based on extracranial factors. In this retrospective study 538 patient cases were included. All patients had undergone radiation therapy for brain metastases at the University Hospital of Würzburg over a time span ranging from 10/1998 to 11/2017.The EC score could be evaluated in 173 of the patient cases. In addition, the established DS-GPA and RPA scores were also applied to the patient collective and compared to the EC score. As a result, this study provides an important independent external validation of the EC score. EC score is the best prognostic model for defining the patients who did not benefit from radiation therapy of brain metastases.