1. Radiation Therapy and Dosimetry
Sehr geehrter Herr Prof. Schweppe, meine Damen u. Herren,
auch ich möchte mich zunächst für die Einladung bedanken.
Wenn man sich gegenwärtig mit dem Thema Mammakarzinome aus strahlentherapeutischer Sicht beschäftigt, so merkt man, daß mehr Fragen ofen als beantwortet sind. Auch ist eine umfassende Betrachtung in der Kürze der Zeit kaum möglich, so daß wir das Thema auch in zwei Abschnitte unterteilt haben, die z.T. schlagwortarig dargestellt werden
Björn Poppe, Armand Djouguela. Hui Khee Looe, Ndimofor Chofor, Daniela Wagne, Sarah Heidorn, Julia Riediger…

2. Founded in 1869 in honour of pope Pius IX
Pius-Hospital
Founded in 1869 in honour of pope Pius IX
nowadays the largest catholic hospital in north-western
Germany
Clinic für Radiotherapy and internistical Oncology
approx. 50 employees
2 LINACS , 1 Co-60, 1 Brachytherapy
approx.1500 patients per year
Medical Radiation Physics Group with approx. 16 members

3. (University and Pius-Hospital, Oldenburg)
WG Medizinische Strahlenphysik
(University and Pius-Hospital, Oldenburg)
Cooperation in Medical Radiation Physics between both institutions
Group Members
5 Medical Physics Experts
4 Physicists
3 Bachelor-Engineering
1 PTA
Rad. Protection
Rad. Therapy
Nuclear Medicine
Radiology
Teaching:
- University
MTR-A School
Radiation Prot. Courses
Research & Development:
Dosimetry
Radiology (ZKH LDW, Bremen)
Radiation Protection (Oeko-Institute, BfS)
Foreign Cooperations
Pakistan (Aga Khan Society)
Nicaragua (Uni Managua, IAEA)
Afghanistan (Kabul)

4. Education in Medical Radiation Phyiscs:
Suggested Lectures/Seminars:
- Physics of Radiation Therapy and Dosimetry
Seminar: Modern Aspects of Medical Radiation Physics (Fr. 12:00-14:00, Pius Nursery School)
Seminar: Radioactivity and Radiation Protection ( H. Fischer, Universit y of Bremen, Mo , NW1 N1250)
Neurophysik und Bildgebung (Neurophysics and Imaging, S. Uppenkamp, SS)
Kernphysik (Nuclear Physics, SS
Treatment Planning (in preparation)
„Einführung in die Mediznische Physik“ (Medicine for Physicists), SS)
Environmental Radioactivity (H. Fischer University of Bremen, SS)
Internships in Pius (especially when you are interested in professional career in medical physics
Advanced students:
- Radiation protection courses
Bachelor / Master Thesis (Waiting List approx. 6 month Bachelor, 8 month Master)
to be on waiting list: passed lecture and seminars, interview (no exam !)
Additional Training Courses (for students writing their Master Thesis only)
Medical Physics Expert (Physicist in Hospital), 2 years practical experience + 2 radiation protection courses

5. Education in Medical Radiation Phyiscs: Suggested Lectures/Seminars:
Physics of Radiation Therapy and Dosimetry
Seminar: Modern Aspects of Medical Radiation Physics (Fr. 12:00-14:00, Pius Nursery School)
Neurophysik und Bildgebung (Neurophysics and Imaging, S. Uppenkamp, SS)
Kernphysik (Nuclear Physics, SS)
„Einführung in die Mediznische Physik“ (Medicine for Physicists), SS)
Internships in Pius
Bachelor / Master Thesis
Additional Training Courses (for students writing their Master Thesis only)

6. WebPage: www.uni-oldenburg.de/medical-radiation-physics

7. WebPage: www.uni-oldenburg.de/medical-radiation-physics

8. Contents: According to IAEA

9. WebPage: www.uni-oldenburg.de/medical-radiation-physics

11. Rules 1 Lecture per week ( 1-2 labs in Pius, Friday afternoon)
Power Points available together with tests on webpage
1 Test per week (multiple choice)
Test available on webside, On-line test
you have exactly 1 week to take the test
you will get randomn questions to the lecture (10 questions)
90 minutes to answer, first submission „counts“
for training purposes you may take tests several times, but only the first trial counts

12. Rules 7 out of 10 questions must be right to pass
8 passed tests to write the final exam
all tests together 1/3 of the grade
last lecture small talk under conference conditions
( 8 minutes, 2 minutes questions, „no questions“ no A)
Final Exam (Multiple Choice)
Grade: 1/3 Tests, 1/3 talk, 1/3 Exam

13. Tests available on webpage:
Login: DGMP
Password: DGMP

14. Tests available on webpage:

15. Tests available on webpage:

16. Tests available on webpage:

17. Tests available on webpage:

18. Tests available on webpage:

19. Introduction

20. Cancer Malfunction of cells of the body
Uncontrolled cell growing -> tumor
All cells of the body may form tumors
Head and Neck
aus Frenzel „Strahlentherapie“
Bronchial-Carcinoma

21. Cancer Malfunction in DNA Reason: Mutations e.g. : spontanously
chemical
radiation
hereditary
aus Frenzel „Strahlentherapie“

22. Cancer second often occuring reason for dying in Germany
since beginning of 20th century increased by a factor of 7
reason: increased live expectancy

23. Cancer Tumor –Therapy Removement of tumor Treatment of Metastatis
Radiotherapy
OPERATION
CHEMOTHERAPY
HORMONTHERAPY
IMMUNTHERAPY
Removement of tumor
Treatment of Metastatis

24. Cancer Aims of Radiotherapy: local tumor control
destruction of the tumor
destruction of tumor rest after surgery
destruction of sub-clinical tumor manifestations in
lymph-nodes

25. Effect of ionising radiation on cells
Direct effects
Damaging of DNA of tumor cells
Limited repair abilities (in comparison to healthy tissue)
Reproductive cell death
Indirect effect
Ionisation of H20 moleculs
Free radicals (cytotoxin)
Cell death (direct oder reproductive)
H20 + g e-aq+ OH + H +H202

26. Effect of ionising radiation on cells II
Unit of absorbed dose: Gray 1 Gy = 1 J/kg
Important dose values:
Total body:
Lethal-Dose 4,5 Gy (50% probability within 30 days)
Organs (Risk of complication: 5% in 5 years)
Skin Gy (10cm2) Necrosis
Lung 17,5 Gy (100%); 45 Gy (30%) Pneumony
Rectum 60 Gy Nekrosis
Bladder 65 Gy Nekrosis
Tumordoses
Mama-Carcinoma 50, Gy ( Fractions of 1,8Gy)
Prostate bis 81Gy ( common Gy in 1,8Gy)

27. Effect on Cells III Energy of a photon is transfered to electron
Energy transfer by scatter processes
Energy of a photon is transfered to electron
electrons loose further energy to tissues

28. Brachy- und Teletherapy
Radiotherapy
„Brachy“ (greek) = close
„Tele“ (greek) = far
Brachytherapy
Teletherapy
Radiation source inside body
Radiation source outside body

29. Used types or radiation:
Radiation Energy Creation Application
Photons some 100kV x-ray tube surface
1,3MeV Co general
4-6MV Accelerator mid depth
10-24MV Accelerator deep seated
Elektrons MeV Accelerator < 10cm depth
Protons/ MeV Acclerator all depths;
Heavy Ions Accuracy
( < mm)
Neutrons only in some institution

30. Basic Problem of Teletherapy:
High dose to normal tissues
Cut through patient
Target
(Tumor)
Lower dose to normal tissue

31. Tumor-Control-Probability (TCP) vs.
Normal-Tissue-Complication-Probablity (NTCP)
100 %
50 %
0 %
Probability
Tumor Control / Complication
Absorbierte Dosis im Tumor [Gy]
Tumor Control
Complication in
Organ-at-Risk
Target
(Tumor)
Organ-at-Risk
Therapeutic Range

32. Strategy of Modern Radiotherapy
Decrease of dose to Organs-at-Risk:
allows an increas of dose in target without increasing probablility for complications in organ-at-risks
increase of dose in target increases tumor control probability
- and therefore to an increase of life expectancy

33. Machines and Techniques

34. Radiation Therapy till 1940
100 treatments in 9 months
50 treatments in 30 months
Early cures. In 1899, in Stockholm, Thor Stenbeck initiated the treatment of a 49-year-old woman's basal-cell carcinoma of the skin of the nose (above), delivering over 100 treatments in the course of 9 months. The patient was living and well 30 years later. At the same time, Tage Sjörgen cured a squamous cell epithelioma with fifty treatments over 30 months (below). Many patients marveled at the experience of receiving radiations.
1899: Basal-Zell Karzinom der Haut (100 Behandlungen im Zeitraum von 9 Monaten)
Today: bis 40 treatments in approx. 8 weeks

35. Radiation therapy after1940
“Cobalt-bomb“ Pius-Hospital approx. 1960

36. Radiation Theapy after 1956
Henry Kaplan, 6 MV Stanford linac and first treatment, Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S., is seen at left next to his first installed 6 MV medical linac in late The first patient, a boy with retinoblastoma (right) was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use.

37. Modern Linear Accelerators
Henry Kaplan, 6 MV Stanford linac and first treatment, Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S., is seen at left next to his first installed 6 MV medical linac in late The first patient, a boy with retinoblastoma (right) was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use.

38. Modern LINACS
Henry Kaplan, 6 MV Stanford linac and first treatment, Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S., is seen at left next to his first installed 6 MV medical linac in late The first patient, a boy with retinoblastoma (right) was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use.
aus Schlegel et al „3D-Conformal Radiation Therapy“

39. Modern LINACS
Henry Kaplan, 6 MV Stanford linac and first treatment, Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S., is seen at left next to his first installed 6 MV medical linac in late The first patient, a boy with retinoblastoma (right) was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use.

40. Modern LINACS Electrons from Accelerator
Henry Kaplan, 6 MV Stanford linac and first treatment, Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S., is seen at left next to his first installed 6 MV medical linac in late The first patient, a boy with retinoblastoma (right) was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use.

41. Modern LINACS Boyer, Physics Today 9/2002
Henry Kaplan, 6 MV Stanford linac and first treatment, Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S., is seen at left next to his first installed 6 MV medical linac in late The first patient, a boy with retinoblastoma (right) was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use.

42. Multileaf-Collimator (MLC)
Organ-at-Risk
Target
additional block(s)
MLC-Feld
Conformal field shape with optimal sparing of healthy tissue and organs-at-risk
Squared Field
Henry Kaplan, 6 MV Stanford linac and first treatment, Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S., is seen at left next to his first installed 6 MV medical linac in late The first patient, a boy with retinoblastoma (right) was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use.

43. MLC
Henry Kaplan, 6 MV Stanford linac and first treatment, Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S., is seen at left next to his first installed 6 MV medical linac in late The first patient, a boy with retinoblastoma (right) was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use.

44. Typical Treatment: MR-scan Computer- Image set planning Patient
CT-scan
Image set
Patient
Computer-
planning
Irradiation
Simulator

45. Target (Prostate + Safety Margin)
Anschließend wird in den einzelnen Schichten das Zielvolumen eingezeichnet , hier in gelb die Prostata und die Samenblasen bei einem Prostatatkarzinom, Dann wird ein Sicherheitsaum um das Zielgewebe festgelegt, hier in rot, der u.a. Lagevariabiltäten durch unterschiedliche Blasenfüllungen und Darmfüllungen bei den täglichen bestrahlungen berücksichtigt. Zusätzlich werden die Konturen der zu breücksichtigenden Normalgewbe eingezeichnet wie Hüftknochen, hier in blau, Mastadrm, hier in Türkis und Blase, hier in rosa..
Organs-At-Risk

46. 1 3 2
Es wird dann von der zuständigen Medizinphysikerin oder dem zuständigen Medizinphysiker ein Bestrahlungsplan erstellt, d.h. es werden die Bestrahlungsfelder und Einfallrichtungen festgelegt, die eine möglichste gute Shconung der Normalgewebe und eine vollständige Erfassung des Zielvolumens ermöglichen. In diesem fallen beispielsweis ein feld von vorne und zwei Felder von den Seite.

47. 95%
50%
Der Computer kann dann die sogenannte Dosisverteilung anzeigen, also wieviel Prozent der verordneten Strahlung an welcher Stellen ankommt.Dies geschieht durch farbige Linien, die Bereiche eingrenzen, welche eine bestimmte Mindestdosis erhalten. In diesem Beispeil umschließt die Blaue Linie ein Volumen, daß mindestens 50 % der verordneten Dosis erhält. Das Zielvolumen ist von der grünen Linie, dh. Der 95% Isodose umschlosssen, damit erhält jede Zelle im Zielvolumen mindetsens 95% der verordenten Dosis.

48. Der Computer kann dann die sogenannte Dosisverteilung anzeigen, also wieviel Prozent der verordneten Strahlung an welcher Stellen ankommt.Dies geschieht durch farbige Linien, die Bereiche eingrenzen, welche eine bestimmte Mindestdosis erhalten. In diesem Beispeil umschließt die Blaue Linie ein Volumen, daß mindestens 50 % der verordneten Dosis erhält. Das Zielvolumen ist von der grünen Linie, dh. Der 95% Isodose umschlosssen, damit erhält jede Zelle im Zielvolumen mindetsens 95% der verordenten Dosis.

49. Intensity Modulated Radiation Therapy
Zunächst möchte ich ihnen jedoch unsere Klinik kurz vorstellen: Das Pius-Hopsital Oldenburg ist ein kirchliches Versorgungskrankenhaus. Zur Zeit bestraheln wir mit 2 Linearbeschleungern und einer Telecobaltanlage und behandeln etwa 1500 Patienten pro Jahr.
Hier unten habe ich übrigens noch einen weiteren Grund für die Wahl des Vortragtstitels aufgeführt: Im letzten Jahr haben wir uns mit einem großen Teil der Mir´tarbeiten zusammengesetzt und ein bindendes Leitbild für unser Krankenhaus erstellt. Das einige dieser Punkte schon von eh und je in unserer Disziplin verwirklicht werden, zeigt das Bild hier auf der rehcten Seite einer damals modernen Telecobaltanlage... Das eine gewisse Ráritaet da.Heutzutage , da die Linearbeschleuniger auf Hochglanzprospekten heutzutage zwar immer noch von Models in weisser Kleidung angepriesen werden doch sind diese wohl meist etwas juenger und man könnte wohl sogar sagen leichter Bekleidet....
aus Schlegel et al „3D-Conformal Radiation Therapy“

50. IMRT homogenous Wedegd fields
Zunächst möchte ich ihnen jedoch unsere Klinik kurz vorstellen: Das Pius-Hopsital Oldenburg ist ein kirchliches Versorgungskrankenhaus. Zur Zeit bestraheln wir mit 2 Linearbeschleungern und einer Telecobaltanlage und behandeln etwa 1500 Patienten pro Jahr.
Hier unten habe ich übrigens noch einen weiteren Grund für die Wahl des Vortragtstitels aufgeführt: Im letzten Jahr haben wir uns mit einem großen Teil der Mir´tarbeiten zusammengesetzt und ein bindendes Leitbild für unser Krankenhaus erstellt. Das einige dieser Punkte schon von eh und je in unserer Disziplin verwirklicht werden, zeigt das Bild hier auf der rehcten Seite einer damals modernen Telecobaltanlage... Das eine gewisse Ráritaet da.Heutzutage , da die Linearbeschleuniger auf Hochglanzprospekten heutzutage zwar immer noch von Models in weisser Kleidung angepriesen werden doch sind diese wohl meist etwas juenger und man könnte wohl sogar sagen leichter Bekleidet....
Typical intensity distributions of conformal therapy
Intensity distribution in IMRT

51. IMRT: Step-and-Shot
Zunächst möchte ich ihnen jedoch unsere Klinik kurz vorstellen: Das Pius-Hopsital Oldenburg ist ein kirchliches Versorgungskrankenhaus. Zur Zeit bestraheln wir mit 2 Linearbeschleungern und einer Telecobaltanlage und behandeln etwa 1500 Patienten pro Jahr.
Hier unten habe ich übrigens noch einen weiteren Grund für die Wahl des Vortragtstitels aufgeführt: Im letzten Jahr haben wir uns mit einem großen Teil der Mir´tarbeiten zusammengesetzt und ein bindendes Leitbild für unser Krankenhaus erstellt. Das einige dieser Punkte schon von eh und je in unserer Disziplin verwirklicht werden, zeigt das Bild hier auf der rehcten Seite einer damals modernen Telecobaltanlage... Das eine gewisse Ráritaet da.Heutzutage , da die Linearbeschleuniger auf Hochglanzprospekten heutzutage zwar immer noch von Models in weisser Kleidung angepriesen werden doch sind diese wohl meist etwas juenger und man könnte wohl sogar sagen leichter Bekleidet....

52. IMRT: Sliding Window
Zunächst möchte ich ihnen jedoch unsere Klinik kurz vorstellen: Das Pius-Hopsital Oldenburg ist ein kirchliches Versorgungskrankenhaus. Zur Zeit bestraheln wir mit 2 Linearbeschleungern und einer Telecobaltanlage und behandeln etwa 1500 Patienten pro Jahr.
Hier unten habe ich übrigens noch einen weiteren Grund für die Wahl des Vortragtstitels aufgeführt: Im letzten Jahr haben wir uns mit einem großen Teil der Mir´tarbeiten zusammengesetzt und ein bindendes Leitbild für unser Krankenhaus erstellt. Das einige dieser Punkte schon von eh und je in unserer Disziplin verwirklicht werden, zeigt das Bild hier auf der rehcten Seite einer damals modernen Telecobaltanlage... Das eine gewisse Ráritaet da.Heutzutage , da die Linearbeschleuniger auf Hochglanzprospekten heutzutage zwar immer noch von Models in weisser Kleidung angepriesen werden doch sind diese wohl meist etwas juenger und man könnte wohl sogar sagen leichter Bekleidet....

53. IMRT
Zunächst möchte ich ihnen jedoch unsere Klinik kurz vorstellen: Das Pius-Hopsital Oldenburg ist ein kirchliches Versorgungskrankenhaus. Zur Zeit bestraheln wir mit 2 Linearbeschleungern und einer Telecobaltanlage und behandeln etwa 1500 Patienten pro Jahr.
Hier unten habe ich übrigens noch einen weiteren Grund für die Wahl des Vortragtstitels aufgeführt: Im letzten Jahr haben wir uns mit einem großen Teil der Mir´tarbeiten zusammengesetzt und ein bindendes Leitbild für unser Krankenhaus erstellt. Das einige dieser Punkte schon von eh und je in unserer Disziplin verwirklicht werden, zeigt das Bild hier auf der rehcten Seite einer damals modernen Telecobaltanlage... Das eine gewisse Ráritaet da.Heutzutage , da die Linearbeschleuniger auf Hochglanzprospekten heutzutage zwar immer noch von Models in weisser Kleidung angepriesen werden doch sind diese wohl meist etwas juenger und man könnte wohl sogar sagen leichter Bekleidet....

54. Homework for next week:
- Visit webpage and register in „Weiterbildungsportal“
Register in Stud.IP
Next week: Chapter 1 of IAEA book (read if possible)
- Lecture will be given by S. Heidorn
Zunächst möchte ich ihnen jedoch unsere Klinik kurz vorstellen: Das Pius-Hopsital Oldenburg ist ein kirchliches Versorgungskrankenhaus. Zur Zeit bestraheln wir mit 2 Linearbeschleungern und einer Telecobaltanlage und behandeln etwa 1500 Patienten pro Jahr.
Hier unten habe ich übrigens noch einen weiteren Grund für die Wahl des Vortragtstitels aufgeführt: Im letzten Jahr haben wir uns mit einem großen Teil der Mir´tarbeiten zusammengesetzt und ein bindendes Leitbild für unser Krankenhaus erstellt. Das einige dieser Punkte schon von eh und je in unserer Disziplin verwirklicht werden, zeigt das Bild hier auf der rehcten Seite einer damals modernen Telecobaltanlage... Das eine gewisse Ráritaet da.Heutzutage , da die Linearbeschleuniger auf Hochglanzprospekten heutzutage zwar immer noch von Models in weisser Kleidung angepriesen werden doch sind diese wohl meist etwas juenger und man könnte wohl sogar sagen leichter Bekleidet....