Υπολογιστική και πειραματική δοσιμετρία σε εφαρμογές ακτινοθεραπείας με έμφαση σε ανομοιογενείς γεωμετρίες
Authors: Ζουράρη Κυβέλη 
Published: July 2022

Η επιτυχία της κλινικής ακτινοθεραπευτικής πρακτικής στις σύγχρονες εφαρμογές βραχυθεραπείας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ακρίβεια των δοσιμετρικών δεδομένων που χρησιμοποιούνται για τον σχεδιασμό της, ο οποίος αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα της ακτινοθεραπευτικής προσπάθειας για τη μεγιστοποίηση του θεραπευτικού οφέλους.. Η συνεχώς αυξανόμενη ακρίβεια στον καθορισμό του όγκου στόχου βάσει των εξελίξεων στην ιατρική απεικόνιση, οδήγησε στη ραγδαία ενσωμάτωση τεχνολογικής προόδου στις τεχνικές υλοποίησης της βραχυθεραπείας που με τη σειρά της αύξησε τις απαιτήσεις ακρίβειας κατά το δοσιμετρικό σχεδιασμό. Ως αποτέλεσμα η δοσιμετρία με τη μέθοδο προσομοίωσης Monte Carlo έχει πρόσφατα αναγνωριστεί ως σύγχρονο μέτρο αναφοράς στο σχεδιασμό της εξωτερικής ακτινοθεραπείας. Για την περιοχή ενεργειών της βραχυθεραπείας όμως, λόγω των πολλαπλών σκεδάσεων με μικρή μεταφορά ενέργειας που θα πρέπει να προσομοιωθούν, ο χρόνος υπολογισμού δεν μπορεί να φτάσει σε κλινικά αποδεκτά επίπεδα με αποτέλεσμα η μέθοδος Monte Carlo να μην μπορεί να εισαχθεί στην κλινική πράξη της βραχυθεραπείας ιδίως για πηγές 192Ir οι οποίες χρησιμοποιούνται στη συντριπτική πλειοψηφία των εφαρμογών. Επί του παρόντος λοιπόν, ο δοσιμετρικός σχεδιασμός της βραχυθεραπείας βασίζεται σε πίνακες δόσης ή δοσιμετρικά δεδομένα που υπολογίζονται εκ των προτέρων με Monte Carlo προσομοίωση για δεδομένη γεωμετρία πηγής, εντός ομοιογενούς σφαιρικού ομοιώματος νερού συγκεκριμένων διαστάσεων. Τα δεδομένα αυτά, υπερτιθέμενα για κάθε θέση πηγής, δίνουν την κατανομή δόσης σε κάθε εφαρμογή βραχυθεραπείας. Καθώς όμως η γεωμετρία στην οποία υπολογίστηκαν εκ των προτέρων, αφίσταται της πραγματικής γεωμετρίας του ασθενούς, η μέθοδος αυτή αγνοεί την ανομοιογενή σύσταση του ασθενούς (πνεύμονες, οστούν, αέρας κ.α.) και τις πραγματικές του διαστάσεις καθώς και τυχόν καθετήρες που χρησιμοποιούνται και αποτελούνται από υλικά υψηλού ατομικού αριθμού. Σαν αποτέλεσμα έχουν αναφερθεί στη διεθνή βιβλιογραφία σημαντικά σφάλματα στην κλινική δοσιμετρία της βραχυθεραπείας. Στo πλαίσιo της παρούσας διατριβής έγινε μια προσπάθεια για τον εκσυγχρονισμό του δοσιμετρικού σχεδιασμού της βραχυθεραπείας στην κλινική πράξη, ώστε από δοσιμετρία εμφυτεύματος που αποτελεί από καταβολής της, να εξελιχθεί σε πραγματικά εξατομικευμένο δοσιμετρικό σχεδιασμό που λαμβάνει υπόψη την πραγματική γεωμετρία και τις ανομοιογένειες κάθε ασθενούς. Σχετικά πρόσφατα έχει προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία η χρησιμοποίηση μεθόδου επίλυσης της γραμμικής εξίσωσης διάδοσης Boltzman στη δοσιμετρία της βραχυθεραπείας. Η μέθοδος αυτή καλείται και μέθοδος «διακριτών μεταβλητών» καθώς βασίζεται στη «διακριτοποίηση» (discretisation) των μεταβλητών (ενέργεια, χώρος, κατεύθυνση) για το ντετερμινιστικό καθορισμό της ενεργειακής ροής φωτονίων σε κάθε σημείο τυχούσας γεωμετρίας. Η υπολογιστική και πειραματική δοκιμασία επιδόσεων της μεθόδου αυτής για την τεκμηρίωση της δυνατότητας επίτευξης κλινικά αποδεκτής ακρίβειας σε χρόνο υπολογισμού κατάλληλο για κλινικό περιβάλλον, αποτέλεσε το κυρίως αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής μέσω της χρήσης του νέου εμπορικά διαθέσιμου συστήματος σχεδιασμού βραχυθεραπείας BrachyvisionTM και κατόπιν ανάθεσης της δοσιμετρικής του επικύρωσης από την εταιρεία Varian Medical Systems, η οποία και ενσωμάτωσε αποτελέσματα της εργασίας αυτής στην εξελιγμένη έκδοση του εμπορικού συστήματος σχεδιασμού θεραπείας. Ως φυσικό ακόλουθο των παραπάνω και στην προσπάθεια διατήρησης της παγκόσμιας ομοιομορφίας της κλινικής πρακτικής, προτάθηκε μια μέθοδος ποιοτικού ελέγχου των σταδιακά εισαγόμενων σύγχρονων συστημάτων σχεδιασμού βραχυθεραπείας, τα οποία εκτελούν δοσιμετρικούς υπολογισμούς βασιζόμενα στους προηγμένους αυτούς αλγορίθμους υπολογισμού της δόσης. Τέλος, στο πλαίσιο δοκιμασίας επιδόσεων εναλλακτικών μεθόδων δοσιμετρίας στη βραχυθεραπεία, αναπτύχθηκε μία μέθοδος καθορισμού των δοσιμετρικών αβεβαιοτήτων που οφείλονται στα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των πηγών, και έγιναν υπολογισμοί του παράγοντα διέλευσης ακτινοβολίας φωτονίων βάσει μονο-ενεργειακών δεδομένων, για χρήση στην ακτινοπροστασία εφαρμογών βραχυθεραπείας.