Radiotherapy using fast electrons, whether alone or in combination with high-voltage, has met with increasing interest in the last few years. This book provides a useful account of the present state of knowledge and critically discusses where an improvement of results is certain or prob- able - in contrast to results with radiotherapy using photons alone. The work also considers additional improvements which might be expected to accrue from past experience~ and particular attention is paid to the nature and possible dangers of electron therapy. Bern, August 1980 A. Zuppinger Contents Opening Address A. Zuppinger ...Physical Section Introduction J .L. Minchole ...5 Computer Treatment Planning of Lung Radiation by Means of High Energy Electrons G. Poretti, F. Ionesco-Farca, and P. Veraguth...6 Electron Beam Quality Parameters and Absorbed Dose Distributions from Therapy Accelerators A. Brahme and H. Svensson...12 ...Surface Dose in Electron Beams and Association with High Energy X-Ray Beams J.C. Ro senwald...20 ...Electronic Wedge Filter for the Asklepitron 45 R. Hilnig, A.v.Arx, and A. Scholz...25 ...Magnetic Field Modification of Electron Beam Dose Distributions in Inhomogeneous Media B.R. Paliwal and A.L. Wiley, Jr...28 ...Conclusions of the Physical Section J.C. Rosenwald...29 ...Clinical Section Clinical Radiobiology A. Zuppinger ...33 ...Indications for Electron Beam Therapy J.P.Bataini ...37 Contents VIII The Electron Beam Therapy for Malignant Tumors: Indications and Limitations E. Scherer and M. Bamberg...39 ...Electron Therapy for Cutaneous Epitheliomas H. Pourquier...48 ...

Stahl und Strahl sind, trotz aller Fortschritte auf dem Gebiet der Biologie und der pharmakologischen und hormonalen BeeinGBPlussung bosartiger Geschwiilste, immer noch die HauptwaGBPGBPen im Bemiihen, maligne Erkrankungen zu beherrschen. Die wesentlichen Verbesserungen der Heilungsquoten beruhen auf dem systematischen Ausbau beider Methoden, die sowohl biologische Erkenntnisse als auch selbstverstandlich medikamentose Moglichkeiten sinngemaB zu beriicksichtigen haben. Der edle Wettstreit zwischen Chirurgie und Strahlenbehandlung hat viel dazu beigetragen, die Leistungsfahigkeit beider Vor- gehen klarzustellen und zu steigern und fiihrte schlieBlich zu einer grundlegenden Ande- rung der Strategie. Beide Verfahren, die grundsatzlich lokale BeeinGBPlussungen darstellen, stehen iiberall, wo fortschrittlich gedacht wird, nicht mehr in Konkurrenz zu einander, sondern werden sinnvoll koordiniert. Diese Entwicklungstendenz kann kaum eindriick- licher dargestellt werden als bei der Behandlung maligner Erkrankungen des weiblichen Genitaltrakts. Bei den Erkrankungen der mannlichen Geschlechtsorgane ist der Weg ein ahnlicher, wennauch etwas weniger augenfallig.Bei den Geschwiilsten der Nieren und abfiihrenden Harnwege ist das therapeutische Vorgehen in voller Entwicklung. Noch sind langst nicht aIle Moglichkeiten der Kombination und Assoziation erschOpft. Man hort oft kritische AuBerungen iiber den Wert von Handbuchdarstellungen, zumal durch die gelegentlich nicht zu vermeidenden Verzogerungen der Drucklegung die Dar- stellungen bei der sehr raschen Entwicklung manchmal nicht mehr ganz dem neuesten Stand entsprechen. Der Ausbau beider Methoden und die Verbesserung von fiir gut befundenen Behandlungen erfolgt meistens schrittweise, wobei es von groBem Vorteil ist, wenn auf friiheren Erfahrungen aufgebaut werden kann.

Bei der Konzeption des Bandes Strahlenbiologie gingen die Herausgeber von der Annahme aus, daB sich der derzeitige Stand des Faches in zwei Teilbanden befriedigend darstellen lasse. Dabei war Teil 1 den primaren chemischen und biochemischen Auswir- kungen ionisierender Strahlen auf Zellen und Zellbestandteile, den genetischen Effekten und generellen Faktoren der Strahlenwirkung, wie in der relativen biologischen Wirksam- keit und dem Zeitfaktor zugedacht; Teil 2 sollte die Phanomenologie der Strahlenwirkung auf Einzeller und Vielzeller, insbesondere die Pathomorphologie und -physiologie der Saugetiere einschlieBlich des Menschen, darstellen. Spatestens nach Eingang der letzten Manuskripte zeigte sich dann, daB trotz sorg- faltiger Planung noch einige erhebliche Lucken offen geblieben waren, die einen dritten Teil notwendig machten. Das ergab sich vor allem aus der rapiden Entwicklung mancher Gebiete der Strahlenbiologie, und zwar gerade solcher, die fur die klinische Radiologie wachsende Bedeutung gewonnen haben. Einige Themen sind in der Zwischen zeit sozu- sagen handbuchwurdig geworden.Besondere Fragestellungen und Ergebnisse, die in den bisherigen Beitragen oft nur angeschnitten oder unter einem besonderen Aspekt behandelt worden waren, forderten nunmehr eine geschlossene Darstellung.

Die Strahlentherapie der bosartigen Geschwiilste befindet sich seit mehr als zwei J ahr- zehnten in besonders lebhafter Entwicklung, im wesentlichen bedingt durch die neuen, noch nicht voll ausgeschopften Moglichkeiten der Hochvolttherapie und durch zu- nehmende Anwendung strahlen -und tumorbiologischer Erkenntnisse. Deshalb sollte fur aIle, die sich fur eines der behandelten Themen interessieren, diese umfassende handbuch- maBige Beschreibung nutzlich sein, weil selbst bei Anderung mancher Methoden gesicherte Grundlagen erarbeitet wurden, die Bestand haben. Auch die Kenntnis fruherer Auf- fassungen und der kunftigen Entwicklungstendenzen ist fur Arbeiten auf diesem Gebiet wertvoll. In der gleichen Zeitperiode hat sich aber noch ein weiterer Wandel in der Behandlung bosartiger Geschwiilste vollzogen. Wahrend bis in die funfziger Jahre Chirurgie und Strahlentherapie vielfach konkurrierten, hat sich weitgehend, wenn auch leider noch nicht uberall, der einzig richtige Standpunkt durchgesetzt, daB das Behandlungsvorgehen - mit Ausnahme von N otfallsituationen - gemeinsam zwischen Chirurg und Radiologen und eventuell auch mit dem Chemotherapeuten erortert werden muB.Wir kennen heute Tumorlokalisationen, bei denen die Strahlentherapie - kaum oder nur wenig umstritten- als kurative Behandlung in Frage kommt, wahrend bei anderen Tumorformen chirurgisches Vorgehen im Vordergrund steht. Bei nicht wenigen Geschwulstarten sind die Heilungs- aussichten sehr ahnlich, so daB oft funktionelle Gesichtspunkte den Ausschlag fur das zu wahlen de Verfahren geben.

Der Umfang der Erkenntnisse uber das Mammakarzinom in Theorie, Klinik und Praxis ist in den vergangenen drei lahrzehnten so groB geworden, daB ein eigener Band zur Abhandlung dieses Themas erforderlich wurde. 1m Rahmen dieses Werkes ist es naheliegend, daB die radiologischen Disziplinen sowohl in der Diagnostik als auch in der Therapie besonders zu Wort kommen. Die Atiologie, die entsprechende Ethnologie, die Stochastik der Zellentartung, die Experimen- talmedizin, die Immunologie und die ausfUhrliche Chirurgie werden nicht abgehandelt, weil dadurch der Umfang des Buches wahrscheinlich mehr als verdoppelt werden wurde. Die Diagnose des Mammakarzinoms wurde zum einen durch die Mammographie und Thermographie erweitert und zum anderen durch die gezielte pditherapeutische Gewebsentnahme mit einer entscheidenden Histopathologie betrachtlich verbessert. Die fruhe Entdeckung eines Carcinoma in situ und die Differenzierung in ein lobulares, intraduktales oder infiltrierendes Karzinom bestimmen entscheidend das Schicksal der Frau.Die Frage nach der radikalen Mastektomie mit postoperativer Bestrahlung und der einfachen Mastektomie mit Bestrahlung konnen nur nach sorgfaltigen statistischen Unter- suchungen auf breiter Basis unter Berucksichtigung alterer und neuerer klinischer Erfah- rungen entschieden werden. Zur Vermeidung der oft sehr verstiimmelnden Operation sind die Kombinationsthera- pien, wie einfache Ablation des fortgeschrittenen Karzinoms oder Tumorektomie bei fruhen Karzinomen zusammen mit der Bestrahlung, in den Vordergrund getreten. Die Bedeutung der immer wieder diskutierten pdioperativen Bestrahlung und die Indikation dazu werden sorgfaltig besprochen. Eine ganz besondere Beachtung verdienen die jahrelangen sorgfaltigen Untersuchun- gen uber die alleinige Strahlentherapie mit Megavoltstrahlen, weil sie sowohl kosmetisch als auch statistisch ausgezeichnete Ergebnisse aufweisen konnen.

Die Strahlenbiologie hat sich von einem Forschungszweig, mit dem sich noch vor wenigen J ahrzehnten nur die Strahlentherapeuten und vereinzelte Biologen beschaftigten, zu einem Arbeitsgebiet entwickelt, das die gesamte Medizin und weiteste Gebiete der Biologie interessieren muB. Auf dem Gebiet der Radiologie wird die Radiobiologie von zwei verschiedenen Richtungen gefOrdert. Einerseits - hier ist der Ursprung dieser vVissenschaft zu suchen - ergeben sich aus der klinischen Beobachtung Fragestellungen, die man auf experimentellem \Veg zu beantworten versucht. Andererseits bearbeitet eine besondere Gruppe von Biologen, die vornehmlich die ionisierende Strahlung als Instru- ment benutzt, ihre Probleme. Beide Gebiete haben enge Verbindung, sollten sich gegen- seitig fOrdern und konnen auch vereint, sogar durch dieselbe Person, ihre praktische Auswirkung erfahren. Zuerst haben die Radiologen ihre mannigfaltigen Probleme selbst aufzuklaren versucht. Mit zunehmender Verbesserung und Verfeinerung der Methode hat sich im Rahmen der Radiologie die besondere Arbeitsrichtung der Radiobiologie ausgesondert, die heute zum Teil eigene Wege geht.Die Radiobiologie gewinnt fur die Strahlentherapie immer mehr an Bedeutung, so daB man versucht ist, die Hoffnung auszudrucken, daB die Radiobiologie berufen sein wird, die Radiotherapie aus der empiri- schen Sphare in eine exakt fundierte zu fum'en. In noch starkerem MaB hat sich auf dem Gebiet der Radiodiagnostik die Situation gewandelt. Ohne grundliche radiobiologische Kenntnisse kann die Anwendung ionisierender Strahlen fUr Untersuchungszwecke heute nicht mehr verantwortet werden. Die Nuclearmedizin vereinigt auf radiobiologischem Gebiet die Forderungen, die fur Radiotherapie und -diagnostik aufgestellt wurden.

Radiotherapy using fast electrons, whether alone or in combination with high-voltage, has met with increasing interest in the last few years. This book provides a useful account of the present state of knowledge and critically discusses where an improvement of results is certain or prob- able - in contrast to results with radiotherapy using photons alone. The work also considers additional improvements which might be expected to accrue from past experience~ and particular attention is paid to the nature and possible dangers of electron therapy. Bern, August 1980 A. Zuppinger Contents Opening Address A. Zuppinger ...Physical Section Introduction J .L. Minchole ...5 Computer Treatment Planning of Lung Radiation by Means of High Energy Electrons G. Poretti, F. Ionesco-Farca, and P. Veraguth...6 Electron Beam Quality Parameters and Absorbed Dose Distributions from Therapy Accelerators A. Brahme and H. Svensson...12 ...Surface Dose in Electron Beams and Association with High Energy X-Ray Beams J.C. Ro senwald...20 ...Electronic Wedge Filter for the Asklepitron 45 R. Hilnig, A.v.Arx, and A. Scholz...25 ...Magnetic Field Modification of Electron Beam Dose Distributions in Inhomogeneous Media B.R. Paliwal and A.L. Wiley, Jr...28 ...Conclusions of the Physical Section J.C. Rosenwald...29 ...Clinical Section Clinical Radiobiology A. Zuppinger ...33 ...Indications for Electron Beam Therapy J.P.Bataini ...37 Contents VIII The Electron Beam Therapy for Malignant Tumors: Indications and Limitations E. Scherer and M. Bamberg...39 ...Electron Therapy for Cutaneous Epitheliomas H. Pourquier...48 ...

Stahl und Strahl sind, trotz aller Fortschritte auf dem Gebiet der Biologie und der pharmakologischen und hormonalen BeeinGBPlussung bosartiger Geschwiilste, immer noch die HauptwaGBPGBPen im Bemiihen, maligne Erkrankungen zu beherrschen. Die wesentlichen Verbesserungen der Heilungsquoten beruhen auf dem systematischen Ausbau beider Methoden, die sowohl biologische Erkenntnisse als auch selbstverstandlich medikamentose Moglichkeiten sinngemaB zu beriicksichtigen haben. Der edle Wettstreit zwischen Chirurgie und Strahlenbehandlung hat viel dazu beigetragen, die Leistungsfahigkeit beider Vor- gehen klarzustellen und zu steigern und fiihrte schlieBlich zu einer grundlegenden Ande- rung der Strategie. Beide Verfahren, die grundsatzlich lokale BeeinGBPlussungen darstellen, stehen iiberall, wo fortschrittlich gedacht wird, nicht mehr in Konkurrenz zu einander, sondern werden sinnvoll koordiniert. Diese Entwicklungstendenz kann kaum eindriick- licher dargestellt werden als bei der Behandlung maligner Erkrankungen des weiblichen Genitaltrakts. Bei den Erkrankungen der mannlichen Geschlechtsorgane ist der Weg ein ahnlicher, wennauch etwas weniger augenfallig.Bei den Geschwiilsten der Nieren und abfiihrenden Harnwege ist das therapeutische Vorgehen in voller Entwicklung. Noch sind langst nicht aIle Moglichkeiten der Kombination und Assoziation erschOpft. Man hort oft kritische AuBerungen iiber den Wert von Handbuchdarstellungen, zumal durch die gelegentlich nicht zu vermeidenden Verzogerungen der Drucklegung die Dar- stellungen bei der sehr raschen Entwicklung manchmal nicht mehr ganz dem neuesten Stand entsprechen. Der Ausbau beider Methoden und die Verbesserung von fiir gut befundenen Behandlungen erfolgt meistens schrittweise, wobei es von groBem Vorteil ist, wenn auf friiheren Erfahrungen aufgebaut werden kann.

Bei der Konzeption des Bandes Strahlenbiologie gingen die Herausgeber von der Annahme aus, daB sich der derzeitige Stand des Faches in zwei Teilbanden befriedigend darstellen lasse. Dabei war Teil 1 den primaren chemischen und biochemischen Auswir- kungen ionisierender Strahlen auf Zellen und Zellbestandteile, den genetischen Effekten und generellen Faktoren der Strahlenwirkung, wie in der relativen biologischen Wirksam- keit und dem Zeitfaktor zugedacht; Teil 2 sollte die Phanomenologie der Strahlenwirkung auf Einzeller und Vielzeller, insbesondere die Pathomorphologie und -physiologie der Saugetiere einschlieBlich des Menschen, darstellen. Spatestens nach Eingang der letzten Manuskripte zeigte sich dann, daB trotz sorg- faltiger Planung noch einige erhebliche Lucken offen geblieben waren, die einen dritten Teil notwendig machten. Das ergab sich vor allem aus der rapiden Entwicklung mancher Gebiete der Strahlenbiologie, und zwar gerade solcher, die fur die klinische Radiologie wachsende Bedeutung gewonnen haben. Einige Themen sind in der Zwischen zeit sozu- sagen handbuchwurdig geworden.Besondere Fragestellungen und Ergebnisse, die in den bisherigen Beitragen oft nur angeschnitten oder unter einem besonderen Aspekt behandelt worden waren, forderten nunmehr eine geschlossene Darstellung.

Die Strahlentherapie der bosartigen Geschwiilste befindet sich seit mehr als zwei J ahr- zehnten in besonders lebhafter Entwicklung, im wesentlichen bedingt durch die neuen, noch nicht voll ausgeschopften Moglichkeiten der Hochvolttherapie und durch zu- nehmende Anwendung strahlen -und tumorbiologischer Erkenntnisse. Deshalb sollte fur aIle, die sich fur eines der behandelten Themen interessieren, diese umfassende handbuch- maBige Beschreibung nutzlich sein, weil selbst bei Anderung mancher Methoden gesicherte Grundlagen erarbeitet wurden, die Bestand haben. Auch die Kenntnis fruherer Auf- fassungen und der kunftigen Entwicklungstendenzen ist fur Arbeiten auf diesem Gebiet wertvoll. In der gleichen Zeitperiode hat sich aber noch ein weiterer Wandel in der Behandlung bosartiger Geschwiilste vollzogen. Wahrend bis in die funfziger Jahre Chirurgie und Strahlentherapie vielfach konkurrierten, hat sich weitgehend, wenn auch leider noch nicht uberall, der einzig richtige Standpunkt durchgesetzt, daB das Behandlungsvorgehen - mit Ausnahme von N otfallsituationen - gemeinsam zwischen Chirurg und Radiologen und eventuell auch mit dem Chemotherapeuten erortert werden muB.Wir kennen heute Tumorlokalisationen, bei denen die Strahlentherapie - kaum oder nur wenig umstritten- als kurative Behandlung in Frage kommt, wahrend bei anderen Tumorformen chirurgisches Vorgehen im Vordergrund steht. Bei nicht wenigen Geschwulstarten sind die Heilungs- aussichten sehr ahnlich, so daB oft funktionelle Gesichtspunkte den Ausschlag fur das zu wahlen de Verfahren geben.

Der Umfang der Erkenntnisse uber das Mammakarzinom in Theorie, Klinik und Praxis ist in den vergangenen drei lahrzehnten so groB geworden, daB ein eigener Band zur Abhandlung dieses Themas erforderlich wurde. 1m Rahmen dieses Werkes ist es naheliegend, daB die radiologischen Disziplinen sowohl in der Diagnostik als auch in der Therapie besonders zu Wort kommen. Die Atiologie, die entsprechende Ethnologie, die Stochastik der Zellentartung, die Experimen- talmedizin, die Immunologie und die ausfUhrliche Chirurgie werden nicht abgehandelt, weil dadurch der Umfang des Buches wahrscheinlich mehr als verdoppelt werden wurde. Die Diagnose des Mammakarzinoms wurde zum einen durch die Mammographie und Thermographie erweitert und zum anderen durch die gezielte pditherapeutische Gewebsentnahme mit einer entscheidenden Histopathologie betrachtlich verbessert. Die fruhe Entdeckung eines Carcinoma in situ und die Differenzierung in ein lobulares, intraduktales oder infiltrierendes Karzinom bestimmen entscheidend das Schicksal der Frau.Die Frage nach der radikalen Mastektomie mit postoperativer Bestrahlung und der einfachen Mastektomie mit Bestrahlung konnen nur nach sorgfaltigen statistischen Unter- suchungen auf breiter Basis unter Berucksichtigung alterer und neuerer klinischer Erfah- rungen entschieden werden. Zur Vermeidung der oft sehr verstiimmelnden Operation sind die Kombinationsthera- pien, wie einfache Ablation des fortgeschrittenen Karzinoms oder Tumorektomie bei fruhen Karzinomen zusammen mit der Bestrahlung, in den Vordergrund getreten. Die Bedeutung der immer wieder diskutierten pdioperativen Bestrahlung und die Indikation dazu werden sorgfaltig besprochen. Eine ganz besondere Beachtung verdienen die jahrelangen sorgfaltigen Untersuchun- gen uber die alleinige Strahlentherapie mit Megavoltstrahlen, weil sie sowohl kosmetisch als auch statistisch ausgezeichnete Ergebnisse aufweisen konnen.

Die Strahlenbiologie hat sich von einem Forschungszweig, mit dem sich noch vor wenigen J ahrzehnten nur die Strahlentherapeuten und vereinzelte Biologen beschaftigten, zu einem Arbeitsgebiet entwickelt, das die gesamte Medizin und weiteste Gebiete der Biologie interessieren muB. Auf dem Gebiet der Radiologie wird die Radiobiologie von zwei verschiedenen Richtungen gefOrdert. Einerseits - hier ist der Ursprung dieser vVissenschaft zu suchen - ergeben sich aus der klinischen Beobachtung Fragestellungen, die man auf experimentellem \Veg zu beantworten versucht. Andererseits bearbeitet eine besondere Gruppe von Biologen, die vornehmlich die ionisierende Strahlung als Instru- ment benutzt, ihre Probleme. Beide Gebiete haben enge Verbindung, sollten sich gegen- seitig fOrdern und konnen auch vereint, sogar durch dieselbe Person, ihre praktische Auswirkung erfahren. Zuerst haben die Radiologen ihre mannigfaltigen Probleme selbst aufzuklaren versucht. Mit zunehmender Verbesserung und Verfeinerung der Methode hat sich im Rahmen der Radiologie die besondere Arbeitsrichtung der Radiobiologie ausgesondert, die heute zum Teil eigene Wege geht.Die Radiobiologie gewinnt fur die Strahlentherapie immer mehr an Bedeutung, so daB man versucht ist, die Hoffnung auszudrucken, daB die Radiobiologie berufen sein wird, die Radiotherapie aus der empiri- schen Sphare in eine exakt fundierte zu fum'en. In noch starkerem MaB hat sich auf dem Gebiet der Radiodiagnostik die Situation gewandelt. Ohne grundliche radiobiologische Kenntnisse kann die Anwendung ionisierender Strahlen fUr Untersuchungszwecke heute nicht mehr verantwortet werden. Die Nuclearmedizin vereinigt auf radiobiologischem Gebiet die Forderungen, die fur Radiotherapie und -diagnostik aufgestellt wurden.