Αξιολόγηση αβεβαιοτήτων και επίδρασή τους στις κατανομές δόσης σύγχρονων εφαρμογών ακτινοθεραπείας
Authors: Πρέντου Γεωργία 
Published: September 2021

Η ογκομετρικά διαμορφούμενη τοξοειδής ακτινοθεραπεία (Volumetric Modulated Arc Therapy - VMAT), καθοδηγούμενη από απεικόνιση (Image Guided Radiotherapy – IGRT), αποτελεί μία τεχνική η οποία χρησιμοποιείται ολοένα και περισσότερο σε στερεοτακτικές εφαρμογές ακτινοθεραπείας. Ειδικότερα, η τεχνική SRS – VMAT με πολλαπλά μη ομοεπίπεδα τόξα και με χρήση ενός ισοκέντρου θεραπείας, μπορεί να αποδώσει πλάνα ακτινοθεραπείας υψηλής συμμόρφωσης στους όγκους-στόχους, χωρίς να βλάπτει τις υγιείς παρακείμενες δομές και η διάρκεια της θεραπείας είναι συνολικά μικρή. Ωστόσο, η τεχνική SRS – VMAT με ένα ισόκεντρο παρουσιάζει αυξημένη ευαισθησία σε γεωμετρικές αβεβαιότητες. Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η αξιολόγηση γεωμετρικών αβεβαιοτήτων, που υπεισέρχονται στη σύγχρονη τεχνική SRS – VMAT με χρήση ενός ισοκέντρου για την θεραπεία πολύπλοκων περιστατικών, όπως είναι οι πολλαπλές εγκεφαλικές μεταστάσεις. Μελετάται, λοιπόν, η επίδραση των αβεβαιοτήτων στις κατανομές δόσης και στα εργαλεία αξιολόγησης των πλάνων ακτινοθεραπείας. Αρχικά διερευνήθηκε ο τρόπος επίδρασης των χαρακτηριστικών (πλήθος, μέγεθος) των όγκων-στόχων στην απόδοση της SRS-VMAT τεχνικής, ενός ισοκέντρου. Παρατηρήθηκε ότι με την αύξηση της διαμέτρου του όγκου-στόχου, από 1 cm σε 2 cm, οι δείκτες βελτιώνονται για τα πλάνα πολλαπλών μεταστάσεων, περιορισμένου πλήθους (≤6). Λόγω των μεγαλύτερων διαστάσεων των όγκων-στόχων (2 cm), τα φύλλα διαμορφώνονται πιο σύμμορφα ως προς αυτούς και για αυτό τον λόγο οι δείκτες ποιότητας είναι ελαφρώς πιο βελτιωμένοι για τους μεγαλύτερους όγκους-στόχους. Διαπιστώθηκε ότι οι τιμές των δεικτών ποιότητας (συμμόρφωση δόσης, κάλυψη δόσης) των πλάνων υποβαθμίζονται και η διάχυση των χαμηλών δόσεων αυξάνεται όταν: i) το πλήθος των στόχων αυξάνεται (>6), ii) το μέγεθος των στόχων αυξάνεται (~2cm, μέγιστη διάμετρος όγκου-στόχου) και iii) ο διαμοιρασμός φύλλων μεταξύ δύο ή περισσότερων όγκων-στόχων αυξάνεται. Οι παράμετροι αβεβαιότητας που διερευνήθηκαν είναι τα σφάλματα γραμμικής μετατόπισης, τα σφάλματα περιστροφής και τα σφάλματα της θέσης των φύλλων του κατευθυντήρα MLC. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα σφάλματα γραμμικής μετατόπισης ≥1mm δύναται να οδηγήσουν σε σημαντικό υποδοσιασμό των όγκων-στόχων (επιδείνωση κλινικών δεικτών >10%). Ο υποδοσιασμός φαίνεται να αυξάνεται όταν: i) ο βαθμός του σφάλματος αυξάνεται, ii) το μεγέθος των όγκων-στόχων μειώνεται (<1cc) και iii) το πλήθος των στόχων αυξάνεται (>6). Όσον αφορά τη μελέτη των σφαλμάτων περιστροφής, η απόσταση του όγκου-στόχου από το ισόκεντρο αποτελεί έναν παράγοντα ο οποίος παίζει καθοριστικό ρόλο στην δοσιμετρική και γεωμετρική επίδραση των σφαλμάτων περιστροφής στους όγκους-στόχους. Τα σφάλματα περιστροφής αναμένεται γεωμετρικά να επιδρούν περισσότερο σε όγκους-στόχους οι οποίοι εντοπίζονται σε μεγάλες αποστάσεις από το ισόκεντρο (έως και 6.5 cm, για την υπό μελέτη SRS-VMAT τεχνική ενός ισοκέντρου). Για λόγους σύγκρισης, εξετάστηκε και η τεχνική δύο ισοκέντρων στη μελέτη σφαλμάτων περιστροφής, στην οποία, οι αποστάσεις των όγκων-στόχων από το κοντινότερο ισόκεντρο είναι μικρότερες (έως και 4 cm) σε σχέση με τις αποστάσεις των όγκων-στόχων στην τεχνική ενός ισοκέντρου, προκειμένου να διερευνηθεί το πιθανό όφελος μειωμένης επίδρασης των σφαλμάτων περιστροφής σε όγκους-στόχους, σε αποστάσεις ≤4cm. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι δύναται να προκύψουν χωρικές ανακρίβειες της θέσης όγκων-στόχων >1mm, όταν σφάλματα ≥1° επιδρούν σε στόχους, σε αποστάσεις ~4cm και για τις δύο τεχνικές ισοκέντρων. Επιβεβαιώθηκε ότι η τεχνική δύο ισοκέντρων η οποία οδήγησε σε μειωμένες αποστάσεις μεταξύ στόχων και κοντινότερου ισοκέντρου, είχε ως συνέπεια μειωμένη δοσιμετρική επίδραση των σφαλμάτων περιστροφής σε όγκους-στόχους και κρίσιμα όργανα. Συγκεκριμένα, στη τεχνική δύο ισοκέντρων διαπιστώθηκε ότι σφάλματα περιστροφής έως και 1° δεν επιδρούν σημαντικά στη δοσιμετρία των όγκων-στόχων (διαφορές δεικτών <5%), ενώ στην τεχνική ενός ισοκέντρου, παρατηρήθεκε ότι μόνο σφάλματα της τάξης 0.5° δεν επιδρούν σημαντικά στη δοσιμετρία των όγκων-στόχων. Επίσης τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όγκοι-στόχοι μικρών διαστάσεων (≤1cc) είναι πιο επιρρεπείς σε σφάλματα περιστροφής. Τα σφάλματα περιστροφής, ανάλογα με τον προσανατολισμό τους, δύναται να επιδράσουν σημαντικά και στη δοσιμετρία κρίσιμων οργάνων, τα οποία εντοπίζονται πέριξ των όγκων-στόχων, οδηγώντας σε υπερβάσεις ορίου δόσης Dmax (10%-50%), ακόμα και για την μικρότερη γωνία (0.5°) αν και πιο σπάνια και σε μικρότερο βαθμό για την τεχνική δύο ισοκέντρων. Όσον αφορά τη μελέτη των σφαλμάτων της θέσης των φύλλων, προέκυψε ότι σφάλματα ≥ 0.3mm δύναται να επιδεινώνουν τη δοσιμετρία των όγκων-στόχων (μείωση κάλυψης >10%) και σφάλματα ≥ 0.2mm δύναται να επιδεινώσουν τη δοσιμετρία γειτονικών κρίσιμων οργάνων (μέσες μεταβολές: 10%-30%, υπερβάσεις ορίου δόσης Dmax κρίσιμων οργάνων). Επίσης διαπιστώθηκε γραμμική σχέση μεταξύ της μεταβολής της δόσης και του σφάλματος της θέσης των φύλλων (12%/mm). Για όλες τις εξεταζόμενες πηγές αβεβαιοτήτων φάνηκε ότι όγκοι-στόχοι μικρών διαστάσεων (<1cc) είναι πιο ευαίσθητοι σε αυτές.