Inverse treatment planning and integration of segmentation procedures

Die klassische Planung bei der intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) kann in die Optimierung der Fluenz und in die anschließende Segmentierung in realisierbare MLC-Segmente unterteilt werden. Beide Aufgaben können simultan oder getrennt durchgeführt werden, wobei wir uns in dieser Arbeit auf den letzteren Fall beschränken. Führt man die Segmentierung nach der Fluenzoptimierung durch, unterscheidet sich die resultierende Fluenzverteilung von der optimalen Fluenz. Dies hat zur Folge, dass sich die Qualität des Bestrahlungsplans verschlechtert. In dieser Arbeit untersuchen wir zusätzliche Terme zur Zielfunktion, mit denen sich die Verschlechterung des Bestrahlungsplanes durch die Segmentierung reduzieren lässt. Dabei verfolgen wir zwei kombinierbare Ansätze: die Glättung der Fluenz und die Reoptimierung der Segmentgewichte. Beim ersten Verfahren wird die Zielfunktion so erweitert, dass eine im mathematischen Sinn glattere Fluenzverteilung bevorzugt wird. Eine anschließende Segmentierung sollte bei glatteren Fluenzen zu einer geringeren Zahl von Segmenten bei gleichbleibender Planqualität führen. Bei der zweiten Methode werden die Segmentgewichte nach der Segmentierung einer erneuten Optimierung unterworfen. Die Anwendung beider Methoden wird anhand eines 7-Felder-Plans am Quasimodo-Phantom demonstriert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich durch zusätzliche Terme in der Zielfunktion die Anzahl der Segmente reduzieren lässt. Eine Bestrafung lokaler Extrema hat jedoch nicht den gewünschten Effekt. Eine zusätzliche Reoptimierung der Segmentgewichte verbessert die Qualität der segmentierten Pläne deutlich.