Δοσιμετρία και βελτιστοποίηση των σύγχρονων μορφών ακτινοθεραπείας
Authors: Γιακουμάκης Νικόλαος 
Published: September 2021

Εισαγωγή: Οι σύγχρονες τεχνικές ακτινοθεραπείας, IMRT (Intensity Modulated Radiation Therapy) και VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy), παρουσιάζουν μεγάλα πλεονεκτήματα σε σχέση με προγενέστερες τεχνικές (2D, 3D-CRT), τόσο μειώνοντας τις παρενέργειες όσο και ελέγχοντας αποτελεσματικότερα τη νόσο μέσω της αύξησης της χορηγούμενης δόσης στον όγκο. Η τεχνική VMAT παρουσιάζει το επιπλέον πλεονέκτημα σε σχέση με την IMRT, της βέλτιστης ακτινοβόλησης του όγκου και ταυτόχρονης προστασίας των υγιών οργάνων στον μικρότερο δυνατό χρόνο.Σκοπός: Σκοπός της διατριβής είναι η διερεύνηση της πιθανότητας δημιουργίας ITV χρησιμοποιώντας περιορισμένο αριθμό φάσεων του 4DCT για ασθενείς με καρκίνο πνεύμονα και η διερεύνηση των δοσιμετρικών διαφορών που προέρχονται από την χρήση διαφορετικών αλγόριθμων υπολογισμού δόσης σε IMRT και VMAT πλάνα ασθενών με καρκίνο προστάτη.Μέθοδος: Δέκα ασθενείς με καρκίνο πνεύμονα και επαρκή κίνηση όγκου, οι οποίοι υποβλήθηκαν σε 4DCT απεικόνιση σαν κομμάτι της εξομοίωσης της θεραπείας τους. Για κάθε ασθενή σχεδιάστηκε ένα GTV στην φάση της εκπνοής, με βάση το ITV το οποίο αρχικά σχεδιάστηκε από τον Ακτινοθεραπευτή (η κλινική πρακτική είναι ο ακτινοθεραπευτής να σχεδιάζει κατευθείαν το ITV βάση των εικόνων 4DCT). Το GTV αναπαράχθηκε στις υπόλοιπες φάσεις του 4DCT χρησιμοποιώντας το εμπορικά διαθέσιμο πρόγραμμα ευθυγράμμισης εικόνας MIMVista, (MIM Vista Cleveland OH). Τέσσερα διαφορετικά ITV δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας πλησιέστερες Ν φάσεις στην εκπνοή (N=1-10). Για κάθε ITV δημιουργήθηκε ένα RapidArc (Varian Medical Systems, Inc. Palo Alto, CA) πλάνο στην αξονική της φάσης εκπνοής, ώστε η 95% ισοδοσική καμπύλη να καλύπτει τουλάχιστον το 95% του ITV. Κάθε πλάνο υπολογίστηκε για τις διαφορετικές φάσεις αναπνοής του CT φάση (1-10), και η κατανομή δόσης που προέκυψε από κάθε φάση της αναπνοής αποτυπώθηκε παραμορφωμένη στην φάση της εκπνοής. Η επίδραση της κίνησης ποσοτικοποιήθηκε βάσει της δόσης στο 95% του εκάστοτε στόχου στην φάση της εκπνοής (D95). Επιπλέον υπολογίστηκε η αλλαγή αυτής της παραμέτρου ως Ν που μειώθηκε από το 10. Επίσης, παρουσιάζονται οι διαφορές μεταξύ 3D υπολογισμών με τους 4D σαν συνάρτηση του αριθμού φάσεων Ν. Επισης, διερευνήθηκε η ακρίβεια των αλγορίθμων υπολογισμού δόσης Pencil Beam (PB) και Monte Carlo (MC), οι οποίοι χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της κατανομής της δόσης στις τεχνικές θεραπείας με ακτινοβολία διαμορφωμένης έντασης (IMRT) και τοξοειδούς θεραπείας ογκομετρικά μεταβαλόμενης (VMAT). Για το σκοπό αυτό, δημιουργήθηκαν πλάνα θεραπείας IMRT και VMAT για εννέα ασθενείς με καρκίνο προστάτη χρησιμοποιώντας ένα εμπορικώς διαθέσιμο σύστημα σχεδιασμού θεραπείας (Monaco, Elekta Instrument AB Stockholm). Όλα τα πλάνα θεραπείας βελτιστοποιήθηκαν ώστε να είναι κλινικά αποδεκτά και στο στάδιο του υπολογισμού της απορροφούμενης δόσης χρησιμοποιήθηκαν οι αλγόριθμοι υπολογισμού α) Pencil Beam και β) Monte Carlo. Οι κατανομές δόσης που προέκυψαν αξιολογήθηκαν στο κεντρικό στεφανιαίο επίπεδο χρησιμοποιώντας τη 2D μετρητική διάταξη I'mRT Matrixx (IBA Dosimetry GmbH Schwarzenbruck) τοποθετημένη σε ένα ομοίωμα solid water α) ρυθμίζοντας όλα τα control points του πλάνου να ακτινοβοληθούν από σταθερό gantry 0ο και β) αφήνοντας όλα τα control points να ακτινοβοληθούν με περιστροφή του gantry. Η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό OmniPro-I'mRT (IBA Dosimetry GmbH Schwarzenbruck) χρησιμοποιώντας το δείκτη γάμμα με κριτήρια αποδοχής Dose Difference 3% και 3 mm Distance To Agreement, λαμβάνοντας υπόψη όλα τα σημεία με τιμές δόσης μεγαλύτερες από το 10% της κανονικοποιημένης δόσης.Αποτελέσματα: Διαφορές μεταξύ 3D και 4D υπολογισμών δόσης κυμάνθηκαν από 3% έως 14% με μια μέση τιμή της τάξης του 7% για το ITV_10/10. Για 9 από 10 μπορούμε να έχουμε <5% μείωση στο D95 χρησιμοποιώντας το ITV_8/10. Για 3 στους δέκα ασθενείς επιτεύχθηκε <5% μείωση στο D95 χρησιμοποιώντας το ITV_7/10 και ένα στους δέκα ασθενείς μπορούμε να έχουμε λιγότερη της 5% μείωση στο D95 χρησιμοποιώντας το ITV_6/10. Αναφορικά με τους αλγορίθμους υπολογισμού της δόσης, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο αλγόριθμος υπολογισμών PB μπορεί να υπολογίσει με ακρίβεια την κατανομή της δόσης που εφαρμόζεται στη 2D διάταξη I'mRT Matrixx όταν όλα τα control points ακτινοβολoύνται από gantry 0ο τόσο για τα πλάνα IMRT όσο και για πλάνα VMAT (μέσες τιμές επιτυχίας δείκτη γάμμα 96,6 και 94,7% των σημείων πέρασαν τα κριτήρια αποδοχής 3% / 3 mm, για τα IMRT και VMAT, αντίστοιχα). Από την άλλη πλευρά, παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφορετικών αλγορίθμων υπολογισμού όταν χρησιμοποιήθηκε η πλήρης περιστροφή του gantry για την επαλήθευση του πλάνου. Στην περίπτωση αυτή, ο αλγόριθμος PB κρίθηκε επαρκής για τον προσδιορισμό της δόσης μόνο για την επαλήθευση της τεχνικής IMRT (παρατηρήθηκε μέση τιμή επιτυχίας του δείκτη γάμμα 91%).Συμπέρασμα: Κανένας γενικός κανόνας δεν φαίνεται να λειτουργεί για όλους τους ασθενείς. Μερική ελάττωση του αριθμού των φάσεων (8/10) είναι πιθανή για τους περισσότερους ασθενείς όχι όμως για όλους και επίσης η μείωση του όγκου είναι μικρή. Επομένως η τρέχουσα πρακτική που εφαρμόζεται είναι λογική. Τετραδιάστατοι υπολογισμοί δόσης δίνουν διαφορετικά ιστογράμματα δόσης όγκου (DVH) σε σχέση με τους τρισδιάστατους, όπως έχουν δείξει και άλλοι ερευνητές. Μείωση στον όγκο του ITV είναι πιθανή για κάποιους ασθενείς, όμως οι 4D υπολογισμοί είναι απαραίτητοι. Για τα πλάνα VMAT, ο αλγόριθμος υπολογισμού MC αποδείχθηκε πιο ακριβής σε σύγκριση με τον αλγόριθμο υπολογισμού της δόσης PB (παρατηρήθηκαν μέσες τιμές δείκτη γάμμα 73,5 και 93% για τους αλγόριθμους PB και MC αντίστοιχα).